Close
The page header's logo
About
FAQ
Home
Collections
Login
USC Login
Register
0
Selected 
Invert selection
Deselect all
Deselect all
 Click here to refresh results
 Click here to refresh results
USC
/
Digital Library
/
University of Southern California Dissertations and Theses
/
Bisphosphonates for modified nucleotide synthesis and related chemistry
(USC Thesis Other) 

Bisphosphonates for modified nucleotide synthesis and related chemistry

doctype icon
play button
PDF
 Download
 Share
 Open document
 Flip pages
 More
 Download a page range
 Download transcript
Copy asset link
Request this asset
Transcript (if available)
Content     BISPHOSPHONATES FOR MODIFIED NUCLEOTIDE SYNTHESIS AND  RELATED CHEMISTRY    by    Rehana Ismail            A Dissertation Presented to the  FACULTY OF THE GRADUATE SCHOOL  UNIVERSITY OF SOUTHERN CALIFORNIA  In Partial Fulfillment of the  Requirements for the Degree  DOCTOR OF PHILOSOPHY  (CHEMISTRY)      August 2009                        Copyright 2009                                                                                  Rehana Ismail  ii                    DEDICATED    To   My Family                  iii    Acknowledgements    This  dissertation  would  have  been  impossible  without  the  generous  contribution of my mentor, Dr. G. K. Surya Prakash.  He has been a constant guide in  my time at the Loker Hydrocarbon Institutes. I would like to thank him for giving me  the opportunity to work with him and also for his patience and kindness.  I would also like to thank Prof. George A. Olah for his endless knowledge and  wisdom in chemistry as well as in life. The group meetings were especially inspiring  and  enjoyable  due  to  his  presence.  I  would  like  to  acknowledge  my  committee  members, Dr. William Weber, Dr. Kathrine Shing, Dr. Golam Rasul and the late Dr.  Robert Bau for their advice.   Over the years I have worked with various people in my research projects.  Part of this thesis was carried out with collaboration with other  members  of  the  group and also with other groups in the department of Chemistry. Here I would like  to acknowledge Dr. Markus  Etzkorn, whom  I  worked in  the  beginning  on  a  carbocation  project;  Dr.  Thomas  Mathew  and  Dr.  Chiradeep  Panja, whom  I  collaborated  in  the  α‐aminophosponate  and  halogenation  projects;  Dr.  Roman  Kultyshev, Dr. Petr Beir and Micheal Zibinsky in the modified nucleotide project. I  would also like to acknowledge the people from the McKenna & Bau  Groups  for  helping us with the nucleotide project.  I  would  like to  take this  opportunity  to thank the faculty members  at  California State University, Los Angeles, Dr. Mathias Selke, Dr. Donald Paulson and  iv    Dr. Carlos Gutierrez, for inspiring me to come for graduate studies. I would also like  to thank Vicki Kubo Anderson at California State University, Los  Angeles  for  her  constant encouragement since the beginning of my time here at USC.  Through my career in Loker Hydrocarbon Research Institute I have acquired  realm of knowledge from my peers and friends in the institute. Their presences have  enriched my learning and development as a scientist and as a person. Here I would  like to especially acknowledge Dr Habiba Vaghoo, Dr. Gabriale Foggasy,  Dr.  Alain,  Goeppert,  Dr.  Akhisa Saitoh, Dr. Robert  Aniszfeld, Dr. Kiah  Smith,  Dr.  Patrice  Batamack,  Dr.  Csaba  Weber, Dr. Juan  Carlos Colmenares, Ms. Gloria  Canada,  Dr.  Matthew Moran, Dr. Farzaneh Paknia, Kevin, Dr Sujith Chacko, Clement, Fang, Jessy  May, Carol, Dr. Chaunfa Ni, Charlie, Arjun Narayan Anthon,Dr. Fabrizio Pertusati, Dr.  Somesh Kumar, Dr. Parag Jog ,Dr. Miklos Czuan.   I  would  like to  thank  my friends  outside  of the Loker Hyrodrocarbon  Institute for their encouragements. I would like to especially acknowledge Stephen  DeSalvo, Dr Melania Cosmina Oana, Daisy Khuu, Dr. Jose Nunez, Hala  Mohammed,  Angeliki Metallinou, Sarah Ahmed and Dorte Pederson.  I  would  like to  thank  all  my sisters,  Nasrin Hoque (Boro Apa),  Nazneen  Yousuf (Nazu Apa), Nurjahan (Zharna Apa), Marjahan (Munni Apa), Yasmin and my  brother  Mizan  for  their  love  and support. I would also like to  acknowledge  my  brother‐in‐laws, Emdadul Hoque, Sheikh Yousuf and Dipu who have treated me like  their little sister. I would like to especially thank my brother‐in‐law, Sheikh Yousuf  and Nazu Apa for taking me into their home and giving me a loving and supporting  v    environment, when I came to the United State.  Their daughter Sara and Farah made  my life less stressful.  Last but not the least; I would like to thank my parents for being  constant  supporter in my life.  My father has been the foundation of our family his life has  inspired many of us to try to reach for our full potentials.     vi    Table of Contents    Dedication ..................................................................................................................................................... ii  Acknowledgements  ..................................................................................................................................  iii  List of Tables  ............................................................................................................................................ viii  List of Figures ............................................................................................................................................. ix  List of Schemes .......................................................................................................................................... xi  Abstract  ...................................................................................................................................................... xiii  Chapter 1. Introduction to Phosphorus Chemistry  ..................................................................... 1  1.1 Characteristics of Phosphorus Compounds ....................................................................... 1  1.2 Phosphorus in Synthesis  ............................................................................................................. 9  1.3 Phosphorus Compounds in Biological System  ............................................................... 13  1.4 Phosphorous in Nerve Agents, Insecticides and Herbicides  .................................... 17  1.5 Organophosphorus Compound in Medicine ................................................................... 20  1.6 Phosphorus in Materials.  ......................................................................................................... 23  1.7 Conclusions  .................................................................................................................................... 24  1.8 Chapter 1 References ................................................................................................................ 25    Chapter 2. Synthesis of Fluorinated α‐Aminophosphonates using Gallium Triflate     as catalyst.  .................................................................................................................................................. 30  2.1 Introduction .................................................................................................................................. 30  2.2 Results and Discussions  ........................................................................................................... 33  2. 3 Conclusions................................................................................................................................... 40  2.4.1 General  ........................................................................................................................................ 41  2.4.2 Typical synthesis of α‐Aminophosphonates .............................................................. 42  2.5 Spectral Data:  ................................................................................................................................ 42  2.6 Crystal Structure Data  ............................................................................................................... 45  2.7 Chapter 2 NMR Spectra ............................................................................................................ 52  2. 8 Chapter 2 References ............................................................................................................... 66    Chapter 3. Modified Nucleotide Triphosphate Analogs ......................................................... 69  3.1 Introduction .................................................................................................................................. 69  3.2 Result and Discussion ............................................................................................................... 72  3.2.1 Bisphophonic Acid Analogs ............................................................................................... 75  3.2.2 Triphosphoric Acid Analogs .............................................................................................. 80  3.2.3 Monophonic Acid Analog of Bisphophonic Acid  ....................................................... 82  vii    3.2.4 Modified Nucleotide Analog .............................................................................................. 84  3.3 Conclusion  ...................................................................................................................................... 86  3.4 Experimental  ................................................................................................................................. 86  3.4.1 General  ........................................................................................................................................ 86  3.4.2 Synthesis Relevance to Chapter 3  ................................................................................... 87  3.5 Chapter 3 NMR and HPLC Spectra  ....................................................................................... 97  3.6 Chapter 3 References ..............................................................................................................  108    Chapter 4. Halogenated Trimethylsilane and Nitrate Salt as an Efficient Reagent  System for the Direct α‐Halogenation of Carbonyl Compounds ......................................  111  4.1 Introduction ................................................................................................................................  111  4.2 Results and Discussion  ...........................................................................................................  112  4. 3 Conclusions.................................................................................................................................  120  4. 4 Experimental .............................................................................................................................  121  4.4.1 General  ......................................................................................................................................  121  4.4.2 General Procedure for the Halogenation Reaction  ................................................  121  4.5 Chapter 4 References ..............................................................................................................  122    Bibliography  ............................................................................................................................................  125       viii    List of Tables    Table 1.1  31 P NMR Shifts of Various Organophosphorus Compounds. .............................. 6  Table 1.2 The Biochemical Role of Phosphorus‐Containing Compounds ...................... 14  Table 2.1 Results of the Kabachnik‐Fields Reaction for Fluorinated α‐ Aminophosphonates  .............................................................................................................................. 36    Table 2.2 Result for Imine Formation Under Conventional Heating  ................................ 39  Table 2.3 Result for Imine Formation Under Microwave Conditions  .............................. 40  Table 2.4 Crystal data and structure refinement for C 13 H 17 FN 2 O 5 P  ................................. 45  Table 2.5 Atomic Coordinates ( x 10 4 ) and Equivalent  Isotropic Displacement  Parameters (Å 2 x 10 3 )for C 13 H 17 FN 2 O 5 P. U(eq) is Defined as One Third of the Trace   of the Orthogonalized U ij  Tensor  ...................................................................................................... 47    Table 2.6 Bond lengths [Å] and angles [°] for C 13 H 17 FN 2 O 5 P  ............................................... 48  Table 2.7 Anisotropic displacement Parameters  (Å 2 x 10 3 ) for C 13 H 17 FN 2 O 5 P. The  Anisotropicdisplacement Factor Exponent Takes the Form:  ‐2π 2 [ h2 a*2U11 + ...       + 2 h .............................................................................................................................................................. 50    Table 2.8 Hydrogen coordinates ( x 10 4 ) and Isotropic  displacement parameters  (Å 2 x 10  3 ) for C 13 H 17 FN 2 O 5 P. .............................................................................................................. 51    Table 4.1 α‐Chlorination of Acetophenones with TMSCl‐Nitrate System ....................  116  Table 4.2 α‐Bromination of Acetophenones With TMSBr‐Nitrate System ..................  118     ix    List of Figures  Figure 1.1 Six‐ and Five‐Coordinate Phosphorus Compounds. ............................................. 3  Figure 1.2 Various Phosphoralkenes. ............................................................................................... 5  Figure 1.3 Chiral Phosphorus Ligands.  .......................................................................................... 12  Figure 1.4 Phospholipid Bilayer.  ...................................................................................................... 15  Figure 1.5 Phosphorus based Coenzymes.  ................................................................................... 16  Figure 1.6 Energetic Phosphorous Molecules in Biological System. ................................ 17  Figure 1.7 Phosphorus Nerve Agents  ............................................................................................. 18  Figure 1.8 Phosphorus Insecticides.  ............................................................................................... 19  Figure 1.9 Phosphorus Based Herbicides. ................................................................................... 20  Figure 1.10 Fosfomycin and Other Natural Occurring Phosphonic Acid Antibiotics 21  Figure 1.11 Phosphorus Compound with Anticancer and Antiviral Activities.  ........... 22  Figure 1.12 Bisphosphonates ............................................................................................................ 23  Figure 1.13 Phosphorus‐Based Hole Transporting Materials.  ............................................ 24  Figure 2.1 Application of Aminophosphonates .................................................................. ……31  Figure 2.2 Fluorinated Drugs  ............................................................................................................. 32  Figure 2.3 ORTEP Diagram of Diethyl 1‐fluoro‐2‐(4‐nitrophenylamino) propan‐2‐ ylphosphonate (Entry 2, in Table 1)  ............................................................................................... 37    Figure 3.1 Deoxyribose Nucleic Acid and Purine and Pyrimidine Bases.  ....................... 69  Figure 3.2 Two strands of DNA Showing Watson‐Crick Base Pairings. .......................... 70  Figure 3.3 Modified Nucleotide of Thymidine Derivatives.  .................................................. 71  Figure 3.4 Nucleotide which Allows Universal Base. .............................................................. 72  x    Figure 3.5 Transition State of the Active Site of DNA Polymerase Reactions.  .............. 73  Figure 3.6 Two Molecules of H[(O 3 P) 2 CF 2 ] 3 ‐ Interconnected Through H‐Bond.  ......... 78  Figure 3.7 Analogs of Triphosphonic Acids.  ................................................................................ 80  Figure 3.8 Tritration Graph 3,3,3‐trifluoro‐2,2‐dihydroxypropylphosphonic Acid  with 0.05 M NaOH Solution. ............................................................................................................... 84    Figure 4.1 Silyl‐enol Ether Type Intermediate from Sulfide and Sulfoxide  .................  115     xi    List of Schemes  Scheme 1.1 Deoxygenation of Phosphine Oxide with Trichlorosilane.  .............................. 2  Scheme1.2 Nucleophilic Substitution Reaction of P(V) Compound..................................... 4  Scheme 1.3 Synthesis of Organophosphorus Compounds From White Phosphorus.  .. 7  Scheme 1.4 A. Electrocatalytic Cycle of Ni Complexes. B. Results of Different  Products Formed with Different Anodes.  ........................................................................................ 8    Scheme 1.5 Wittig Olefination Reaction........................................................................................... 9  Scheme 1.6 Suggested Reaction Mechanism of Mitsunobu Reaction.  .............................. 10  Scheme 1.7 Michaelis‐Arbuzov Reaction.  ..................................................................................... 11  Scheme 1.8 Phosphorus Radical Based Deoxygenation Reaction ..................................... 13  Scheme 2.1 Kabanichk‐Fields Reaction  ......................................................................................... 33  Scheme 2.2 Pathways for α‐Aminophosphonate Synthesis with Dialkylphosphites 34  Scheme 2.3 Possible Reaction Pathway for α‐Aminophosphonate with  Triethyphosphite .................................................................................................................................... 38    Scheme 3.1 Synthesis of Difluromethyelenebisphosphonate. ............................................ 75  Scheme 3.2 Synthesis of Mono‐Flurobisphosphonate.  ........................................................... 80  Scheme 3.3 Synthesis Ethylester of CF 2  Analog of Triphosphate. ..................................... 81  Scheme 3.4 Synthesis of Fluorinated  Ethoxy(methyl)phosphoryl)methylphosphonate. ................................................................... 82    Scheme 3.5 Synthesis of 3,3,3‐Trifluoro‐2,2‐dihydroxypropylphosphonic .................. 83  Scheme 3.6 Synthesis Nucleotide Triphosphate Analogs.  ..................................................... 85  Scheme 4.1 α‐Bromoacetophenone Derivatives as Potent PTP Inhibitors .................  112  Scheme 4.2 Generation of NO 2 Cl in situ ......................................................................................  112  xii    Scheme 4.3 Ipso‐Nitration of Arylboronic Acids with in situ Generated  ......................  113  Scheme 4.4 TMSCl‐Nitrate Salt System as an Efficient Reagent for Oxidative  Chlorination of Sulfides and Disulfides .......................................................................................  114    Scheme 4.5 Plausible Mechanism for α‐Halogenation of Acetophenones with  Negative Halide Species .....................................................................................................................  119    Scheme 4.6 Plausible Mechanism for α‐Halogenation of Acetophenones with  Positive Halide Species.  ......................................................................................................................  120       xiii    Abstract    This  dissertation  explores  the  field  of  organophosphorus  chemistry.  Phosphorus plays a major role in medicinal and natural product chemistry, which is  the inspiration for the majority of the work presented in this dissertation.  The first chapter is a short description of the vast field of organophosphorus  chemistry.  Phosphorus holds a unique place in the periodic table and its wide  spread applications in various fields are presented. Short descriptions of the most  important applications are explored, with special emphasis on phosphorus based  reagents and biological relevant molecules.  Chapter  2  describes  the  one  pot  synthesis  of  Kabachnik‐Fields  reaction  for  fluorinated  α‐aminophosphosphonates,  amino  acid  analogs,  with  gallium  triflate.  Some mechanistic aspects are explored  with respect to  fluorinated  imines  and  aminals.  Chapter 3 deals with various pyrophosphonic acid analogs of bisphosphonic  acids,triphosphate  analogs.  The  pKa’s  of  3,3,3‐trifluoro‐2,2‐ dihydroxypropylphosphonic acid, a pyrophosphonic acid analog are evaluated. The  synthesis  of  modified  nucleotide analog  with 3,3,3‐trifluoro‐2,2‐ dihydroxypropylphosphonic acid is described.   Chapter 4 presents a simple and mild reagent for the α‐chlorination and α‐ bromination  of  ketones  with  acidic  α–hydrogens.  TMS‐X  (where  X= Br,or Cl) and  xiv    KNO 3  salt  is used  to carry out α–bromination and α‐chlorination  with  good  conversion and selectivity.  1    Chapter 1. Introduction to Phosphorus Chemistry    1.1 Characteristics of Phosphorus Compounds    The  importance  of  organophosphorus  compounds  is  revealed  in  various  forms in our daily lives. Organophosphorus compounds are used as  agricultural  chemicals,  flame‐retardants,  corrosion  inhibitors,  nanostructured  materials,  metal  extractants,  ligands  for  catalysis, in  pharmaceuticals, and in  various  organic  transformations  as  reagents  and  reaction  mediators. 1,2,3,45,6,7,8,9,10,11,12,13  The  chemistry  of  phosphorus  continues  to  expand  with  its  growing  applications  in  various fields.  Phosphorus in organic compounds can have diverse oxidation states ranging  from  P(I)  low  valent  compounds  to  high  valent  P(V).  The  most  common  oxidation  states  of  phosphorus  in  organophosphorus  compounds  are  P(III)  and  P(V)  compounds.  P(III)  compounds  include    phosphine  and  phosphites,  and  P(V)  compounds  include  phosphoranes,  phosphates,  phosphonates,  and  phosphonic  acids.  P(III)  compounds  can  readily  undergo  oxidation  to  P(V)  in  the  presence  of  mild oxidants, thereby they can readily form phosphorus oxides (e.g. Ph 3 P=O) in the  presence  of  air.  The  high  bond  dissociation  energy  of  P=O  (128‐139  kcal/mol 1 )  is  often  the  driving  force  in  determining the path  of the reaction  in  phosphorus  chemistry. The ease of formation of the P=O bond is the key factor in the Wittig  olefination reaction and many other reactions, which will be discussed later in the  chapter.  2    The  P=O  bond  in  most  phosphorus  compounds  is  short  (1.452‐1.423Å),  strong and highly polar, with a dipole moment of 4.51D (measured  for  Ph 3 P=O). 14   These  properties  account  for  the  general  characteristics  exhibited  by  phosphine  oxides  during  the  course  of  various  organic  reactions.  Phosphorus  compounds  containing a P=O group can generally form hydrogen bonds with water  molecules  and  other  protic  solvents  (depending  on  the  nature  of  other  substituents  on  phosphorus) and hence are readily soluble in these solvents. 1   The  high  bond  strength  of  the  P=O  bond  makes  functionalization  of  compounds  containing  this  functional  group  extremely  difficult  compared  to  its  nitrogen  counter  part.  Reduction  of  the  P=O  has  been  achieved  with  the  recent  developments  of  silane  reagents. 15,16   Since  oxygen‐silicon  bond  is  significantly  stronger  than  the  P=O  bond,  the  deoxygenation  reaction  is  thermodynamically  favorable. Trichlorosilane (Cl 3 SiH) is typically used in this process (Scheme 1.1) but  other deoxygenation reagents have also been recently developed.  17,18,19      Scheme 1.1 Deoxygenation of Phosphine Oxide with Trichlorosilane.  3    Phosphorus can have  coordination number  as high  as six in  organophosphorus  compounds. 1   Most  phosphorus  compounds  have  coordination  numbers three and four are known, but during the last few decades a large number  of compounds  with coordination numbers of  one, two,  five and six  at  been  discovered (Figure 1.1). The five‐coordinated  peroxy  compound  (1.2)  has  been  synthesized  and  can  act  as  an  oxidizing  agent  to  form  epoxides  with  various  alkenes. 20   P R 1 O RO OH N N O O Me Me P O O _ OMe MeO MeO 1.1 1.2   Figure 1.1 Six­ and Five­Coordinate Phosphorus Compounds.    Five‐coordinate P(V) compounds are considered to be involved in transition  states and intermediate, in many nucleophilic substitution reactions at the P center.  These transition state/intermediates have trigonal bipyramidal geometry, and  longer bonds at the two axial positions compared to the three equatorial bonds. The  position of the substituents in five coordinate phosphorus species are considered to  be “fluxional” when functional groups attached to the phosphorus interchange their  positions. This mechanism is referred to as Berry pseudorotation.  4    The  “fluxional”  characteristic  of  five‐coordinate  phosphorus  species  can  be  observed in the nucleophilic substitution reaction of chiral P(V) compounds and has  been  extensively  studied  in  phosphorus  chemistry.  The  substitution  usually  takes  places  by  nucleophilic  attack  at  the  axial  position,  generating  a  five‐coordinated  phosphorus species. At this point the leaving group moves to the apical position as  the bond lengths are longer in the axial position than at the equatorial  positions  (Scheme1.2), resulting in the formation of isomeric products.       Scheme1.2 Nucleophilic Substitution Reaction of P(V) Compound.    Phosphorus has a similar or and sometimes  higher π electronegativity value  than that of carbon, in terms of its ability; to accept and/or donate electron from its  p  orbital  in  low  coordinate  states.  21  The sigma electronegativity of carbon (2.5)  however,  is  slightly  higher  than  that  of  phosphorus  (2.1).  This finding can be  explained with the apolar characteristic of the π component of the double bond in  phosphaethene  (HP=CH 2 ), whereas the σ component in phosphorus carbon ylides  (P σ+ –C σ‐ )  is  highly  polarized. 22   This  situation  introduces  some  intriguing  analogies  between  the  reactivity  of  low‐coordinate  derivatives  of  carbon  and  phosphorus  in  alkenes, and alkynes. 23   5    In phosphorylalkenes, the HOMO of the π‐bond is ‐10.3 eV and the lone pair  is  ‐10.7  eV. 24   where  as,  π  ionization  energy  of  C=C  is  around  10.51  eV.  In  P=C  π‐ bond, the energy is calculated to be 43 kcal/mol compared to 65 kcal/mol for the  C=C  bond. 25,26  The conjugative properties are  similar  for  P=C  and  C=C  bonds. 27  A  typical  phosphaalkene has a P=C bond  length of  1.60–1.70. 23  The P=C bond  is  generally highly reactive and cannot be observed under ordinary conditions unless  some kind  of stabilization is  provided,  by  conjugation,  steric  hindrance,  or  complexation (Figure 1.2).    P H Mes P OSiMe 3 Ph Ph P Ph P CH 2 Cl N N N Mes Mes W(CO) 5 1.3 1.4 1.5 1.6   Figure 1.2 Various Phosphoralkenes.    Major developments in phosphorus chemistry have been enhanced by  the  development  of NMR spectroscopy. Phosphorus  has  only one isotope  with  a  molecular  mass  of  31  and  spin  of  ½(dipolar  nucleus),  which  makes  it  an  ideal  candidate  for  NMR  spectroscopy.  The  31 P  NMR  spectrum  is  highly  informative;  having a wide range of chemical shifts, from +300 ppm to ‐200 ppm, which can give  detailed pictures of the molecular environment of phosphorus.   The  peak  intensities  observed  in  the  31 P  NMR  spectrum  can  be  used  to  determine the quantitative ratio of different species in a reaction mixture containing  6    different  phosphorus  species.  Hence,  phosphorus  NMR  can  be  used for  conformation  studies  as  well  as  kinetic  studies.  Table  1.1  shows  the  range  of  31 P  chemical shifts observed in phosphorus compounds.  Table 1.1  31 P NMR Shifts of Various Organophosphorus Compounds.      The diverse chemistry of phosphorus compounds is attributed to the ability  of  phosphorus  to  form  strong  bonds  with  heteroatoms  compared  to its neighbor,  7    nitrogen.  The  bond  dissociation  energy  for  some  of  these  elements,  expressed  in  kcal/mols, are: P‐Cl =79, P‐Br= 63, P‐F =26, P‐O= 86 and P‐N= 55.  Synthesis  of  organophosphorus  compounds  often  starts  with  the  elemental  white  phosphorus,  P 4,  in one or two steps   (Scheme  1.3).  The  initial  step  involves  direct  chlorination  of  white  phosphorus,  followed  by  phosphorylation  of  organic  substrates by phosphorus chloride, which produces large amounts of hydrochloric  acid, making this process hazardous to the environment.       Scheme 1.3 Synthesis of Organophosphorus Compounds From White  Phosphorus.    Recently Budnikova et. al developed an electrocatalytic method to generate  triaryl  phosphine  from  white  phosphorus  and  organic  halides  using the transition  metal complexes [Ni(bipy)]. 28,29,30  The electro‐catalytic cycle is shown in Figure 1.4  A. Nickel catalysts are generated at the cathode, and the catalyst generated in turn  attack P4.30 The products  of the electro‐catalytic cycle with  Ni  depend  on  the  metals used  at the anode.  Products formed  with different anodes are shown in  Scheme 1.4 B  8      Scheme 1.4 A. Electrocatalytic Cycle of Ni Complexes. B. Results of Different  Products Formed with Different Anodes.    In another method, H 3 PO 4 , H 3 PO 3  and H 3 PO 2  were produced catalytically by  solar irradiation of a suspension of white phosphorus in H 2 O/THF in the presence of  water‐soluble  ruthenium  complexes  containing  mono‐ sulfonatedtriphenylphosphine. 31,32  These results highlight the potential of transition  metals for producing organophosphorus compounds in an environmentally friendly  process and such methods have gained much attention recently.    9    1.2 Phosphorus in Synthesis    Plethoras  of  organophosphorus  compounds  have  been  used  in  various  chemical  transformations  in  organic  synthesis.  Phosphines,  typically  triarylphosphines, are the most  commonly  used reagents  due  to their  good  nucleophilic  properties  combined  with  the  stability  of  the  oxygen‐phosphorus  double  bond.  These  properties  of  phosphines  are  utilized  in  various  organic  transformations,  with  the  Wittig  olefination,  one  of  the  most  well  known  example  (Scheme1.5).  There  are  innumerable  examples  of  complex  natural  products,  pharmaceutical, and materials that have been successfully synthesized using Wittig  reagents.       Scheme 1.5 Wittig Olefination Reaction.    Triphenylphosphine is also used in the Mitsunobu reaction (Scheme 1.6). The  Mitsunobu  reaction  is  a  versatile  and  widely  used  procedure  for the synthesis of  various acid derivatives. 33,34,35  This reaction involves the coupling of an alcohol with  a  acidic/pronucleophilic  carbon  to  form  esters,  ethers,  amides,  etc.,  using  a  combination of a phosphine (which acts as a reducing agent), and an azo compound  (which is an oxidizing agent). Mitsunobu reaction is generally highly stereoselective  resulting  in  the  inversion  of  configuration  in  secondary  alcohols.    Recently  our  10    group has developed an efficient method for the stereoselective monofluorination of  primary and secondary alcohols using Mistunobu reaction. 36      Scheme 1.6 Suggested Reaction Mechanism of Mitsunobu Reaction.    One of the first developments in phosphorus chemistry was the discovery of  the  Michaelis‐Arbuzov 37,38   reaction  where  trialkylphosphites  react  with  alkyl  halides  to  form  alkyl  phosphonates  (Scheme1.7).  This  reaction  is  one  of  the  most  effective  ways  to  form  P‐C  bonds  and  is  widely  used  to  synthesize  many  useful  organophosphorus  compounds  such  as,  phosphonates,  phosphine  esters  and  phosphine  oxides. 39   Many  starting  material  for  the  synthesis  of  phosphorus  compounds are generated through this reaction and therefore it will be discussed in  the following chapters. The mechanism for this reaction is widely debated and it is  possible  that  the  reaction  proceeds  through  a  single  electron  transfer  process  is  operating.     11    R 1 O P OR 1 OR 1 R 2 X X=Halogen R 1 O P + O OR 1 R 2 R 1 X - R 1 X P O R 2 R 1 O OR 1 +   Scheme 1.7 Michaelis­Arbuzov Reaction.    Discovery  by  Knowles et. al.  40   of  the  application  of  chiral  phosphines  for  asymmetric catalytic hydrogenation of olefins have made the synthesis  of  chiral  phosphine ligands a much sought after field in organic synthesis.  41  Phosphorus (III)  compounds are very good nucleophiles and good Lewis bacity, which makes them  ideal  ligands  for  metal  complexation. 1   Phosphorus‐based  chiral  ligands  are  widely  used in asymmetric catalysis for various transformations including hydrogenation,  oxidation,  cyclization  and  addition  reactions.  42  The chirality of  the  phosphorus  ligand  can  either  originate  from  the  scaffold  to  the  phosphorus center, such  as  DIPAMP, 43  developed by Knowles, BINAP, developed by Noyori  44  or at phosphorus  as used in the initial asymmetric hydrogenation reaction by Knowles. 40     12    PPh 2 PPh 2 N P N Me Me O N P P Ph Ph MeO MeO DIPAMP 1.7 1.8 1.9 BINAP   Figure 1.3 Chiral Phosphorus Ligands.    DIPAMP was one of the first commercially used diphosphine ligands for the  synthesis of L‐DOPA, a prodrug for the treatment of Parkinson disease. 45  L‐DOPA  was  obtained  in  95%  ee  after  hydrogenation  of  the  appropriate  olefin  precursor  with DIPAMP, and is still the preferred way of synthesizing L‐DOPA. BINAP has also  been used extensively as a chiral auxiliary. Recent advances in asymmetric catalysis  have  utilized  the  chiral  Lewis‐base  phosphorus  compound  (1.9,  Figure  1.3))  in  for  various transformations including aldol reactions. 46    Since  their  initial  discovery  as  possible  intermediates  in  reactions,  phosphorus radicals have been used as radical mediators as well as reagents. 47  P‐ centered  radicals  are  very  reactive  towards  unsaturated  bonds  and are mildly  nucleophilic (they react faster with electron‐poor double bonds  than  electron  rich  double  bonds). 48  Phosphorus radicals have been shown to have similar ability to  abstract  a  halogen  from  alkyl  halides  as  tin  hydride. 49  Hence they  can  be used  effectively as a mediator for reduction in place of tributyltin hydride. Although tin  13    compounds  are  extremely  useful  in  reducing  halides,  their  utilization  has  been  limited due to their extreme toxicity and difficulties associated with removal of the  by‐products from the reaction mixture.  Phosphorus compounds also have been used as radical deoxygenation agents  with AIBN as a radical initiator. 47   P‐based radicals were used in the deoxygenation  of erthyromysic B derivates cleanly on a 15 kg scale (Scheme 1.8), for the industrial  synthesis  of  ABT‐229, 50  which has been shown to  be a potent  motilin  receptor  agonist, 51  and have been tested in clinical trials as a potential prokinetic agent for  the  treatment  of  diabetic  gastro  paresis,  gastro  esophageal  reflux  disease,  and  functional dyspepsia. 52       Scheme 1.8 Phosphorus Radical Based Deoxygenation Reaction    1.3 Phosphorus Compounds in Biological System    Phosphorus  is  a  vital  element  in  living  organisms  and  is  present  in  various  organic and inorganic forms. The human body contains about 1% phosphorus  by  mass, about 80% of which is present as hydroxyapatite (Ca 5 (PO 4 ) 3 OH) in bones and  14    teeth. 53  The remaining phosphorus  in living  organisms  is found as  organic  phosphates,  phosphate  esters  or  anhydrides  due  to  the  ability  of  phosphates  to  provide a binding handle for their derivatives. 54  Phosphate in the form of esters and  anhydrides  offer  several  potential  modes  of  interaction  with  enzymes.  These  interactions  include  electrostatic  interaction  as  in  mono‐  and  di‐anions,  hydrogen  bonding interaction both as donor‐acceptor or dipole‐dipole interactions. Hence, it  is not surprising to see wide spread incorporation of phosphorus into biomolecules  from  metabolites  to  macromolecules.  Table  1.2  shows  the  various  uses  of  phosphorus containing molecules in biological systems.   Table 1.2 The Biochemical Role of Phosphorus­Containing Compounds 55     Phosphorus compounds play a crucial role in the storage and transmissions  of  genetic  information  in  the  form  of  nucleic  acids  and  nucleotides.  Phosphorus  is  also a key component of the cellular membrane in the form of phospholipids bilayer  (Figure  1.4).  Phospholipids  contain  a  hydrophilic  head  consisting  of  phosphoric  acid,  and  a  hydrophobic  tail  consisting  of  fatty  acids.  The  fatty‐acid  moieties  15    aggregate  to  form  the  liquid  bilayer,  exposing  the  phosphoric  acid  moiety  to  the  surface.       Figure 1.4 Phospholipid Bilayer.  Phosphoric  acids  and  their  esters  are  also  present  in  many  coenzymes  (Figure 1.5) and play active roles in many metabolic and biosynthetic  pathways.  Most  coenzymes  based  on  phosphorus  are  derivatives  of  ribose  sugars.  Nicotinamide  adenine  dinucleotide  (NAD + )  is  a  coenzyme  involved  in  redox  reactions in cellular metabolism and act as an electron source in the form of NADH.  Cytidine triphosphate  is used  as coenzymes for the synthesis of  phospholipids.  Coenzyme A is involved in the metabolism of fatty acids and in pyruvate metabolism  in  the  citric  acid  cycle.  Adenosine  triphosphate  (ATP)  is  an  efficient  phosphate  carrier in many enzymatic reactions functioning as a key chemical energy supplier.  16      Figure 1.5 Phosphorus based Coenzymes.  Phosphorus‐containing  cyclic  nucleotide  derivatives  also  play  a significant  role in the biochemical activity of diverse hormones, in the synaptic transmission of  the  nervous  system,  in  cell  regulation,  and  even  in  immune  and  inflammation  response.  Some  phosphorus  esters,  such  as  myoinosotol  1,2,4‐triphosphate  act  as  intercellular secondary  messengers and control the calcium ion channels.     Phosphoric  acid  derivatives  are  key  energy  suppliers  for  many biochemical  pathways; among these, adenosine triphosphosphate (ATP) (Figure 1.6), also known  as the currency of life, is the most common source of energy in many biochemical  17    pathways.   Hydrolysis  of ATP releases  ‐7.3 kcal/mol  of energy. 1   Phosphoenol  pyruvic  acid  (PEP) 1.14  is  the  energy  supplier  for  glycolysis  and  glucongenesis  pathways and is the most energetic phosphate in living organisms, with an energy  currency of ‐14 kcal/mol. Phosphophamidates (e.g. 1.15) also act as energy supplier  for many biosynthetic pathways.    Figure 1.6 Energetic Phosphorous Molecules in Biological System.    Inorganic phosphoric acids also play a crucial role in biochemical processes,  from being active carriers in cellular transport through cellular and mitochondrial  membranes  to  bone  metabolism.  Due  to  the  polyprotic  nature,  phosphoric  acids    also play an important role as an intracellular buffer system.    1.4 Phosphorous in Nerve Agents, Insecticides and Herbicides     Nerve agents are classified as alkylphosphonic acid esters that contain at  least one phosphorus‐carbon bond (Figure 1.7). Many functional groups containing  phosphorus can be used to incorporate additional functionalities that contribute to  18    the  unique  properties  of  each  individual  member  of  nerve  agents,  such  as  persistence on surfaces, resistance to hydrolysis, solubility, and stability.  56       Figure 1.7 Phosphorus Nerve Agents    Organophosphorus  insecticides  are  relatively  easy  to  synthesize and  therefore  can  be  modified  to  have  a  various  range  of  toxicity  by  modifying  substituents  attached  to  phosphorus.  The  majority  of  phosphorus  insecticides  are  based on thiophosphorus group, and a few have the phosphoryl group (Figure 1.8).   Studies have shown that insecticides with an O‐methyl group have lesser toxicity to  mammals compared  to the O‐ethyl group.  The  greater  interest towards  organophosphorus insecticides has been due to their biodegradability. Phosphorus  insecticides readily hydrolyze to phosphoric acids, minimizing the residual activity  associated with chlorinated hydrocarbon pesticides.    19      Figure 1.8 Phosphorus Insecticides.    Organophosphorus  nerve  agents  were  never  used  in  chemical  warfare,  but  their study has contributed enormously  in the development of  wide variety of  insecticides  and  herbicides. Phosphorus‐based  nerve  agents and insecticides work  with  the  same  basic  principle  of  inhibiting  the  activity  of  the enzyme  acetylcholinesterase.  57  Acetylcholine is a neurotransmitter, which is involved in  activating  muscle  contraction  and  regulating  sodium  ion  channels  in  the  nerve  system.  When  acetylcholinesterase  functions  properly,  the  serine  esterase  hydrolyzes acetylcholine yielding acetate and choline and regenerating  the  active  enzyme.  Organophosphorus compounds  can  covalently block the active  site  of  serine residue of acetylcholinesterase by undergoing nucleophilic attack to produce  a serine–phosphoester adduct (Scheme 1.9). This irreversible inactivation leads to  an excess of acetylcholine in the body and causes severe damage  to  the  nervous  system.   20        Scheme 1.9 Inhibition of Acetylcholine Enzymes by Organophosphorus  Inhibitors.    On the other hand herbicides have various modes of inhibition for bacterial  and  plant  growth.  Phosphinothricin  (1.24) is a naturally occurring herbicide that  inhibits the function of gultamine synthetase, which is important  in  bacteria  and  plant nitrogen metabolisms. 58  Glyphosate is a synthetic herbicide, which goes by the  trade  name  Round‐up  (1.25),  it  is  a  broad‐spectrum  and  non‐selective  herbicide  that is biodegradable and has low mammalian toxicity.       Figure 1.9 Phosphorus Based Herbicides.    1.5 Organophosphorus Compound in Medicine    One of the initial discoveries of phosphorus compounds in medicine was the  finding  of  Fosfomycin,  a  phosphonic  acid  derivative  that  is  produced  from  the  fermentation broth of the bacterium Streptomyces Fradiae. 59  Soon, other phosphonic  acids  were  also  abstracted  from  bacterial  broths  showing  antibacterial  activities  21    (Figure 1.10).  Fosfomycin (1.26) is active towards both gram positive  and  gram  negative  bacteria  and  its  effectiveness  is  comparable  with  that  of  the  well‐known  antibiotics.       Figure 1.10 Fosfomycin and Other Natural Occurring Phosphonic Acid  Antibiotics    This  discovery  opened  up  a  whole  new  field  of  research  in  phosphorus  compounds  with  P‐C  bonds  in  medicinal  chemistry.  Phosphorous  antibiotics  are  relatively simple with easily accessible structures compared to the highly complex  structures  of  most  antibiotics.  Phosphorus  compounds  of  diverse  structures  have  been  shown  to  posses  high  levels  of  anticancer  and  antiviral  activities.  Cyclophosphamide (1.29) is a prodrug, which is widely used as an anticancer agent.  Fascarnet (1.30) is known to inhibit DNA polymerase and is used for the treatment  of Herpes Simplex virus and also shows significant activity against HIV. Large efforts  are currently being made in this area for rational synthesis of drugs against HIV and  cancer.    22      Figure 1.11 Phosphorus Compound with Anticancer and Antiviral Activities.    Bisphosphonates  are  the  non‐hydrolyzable  form  of  pyrophosphate, where  the oxygen linker between two phosphorus atoms (P‐O‐P) is replaced by carbon (P‐ C‐P). Studies have shown that pyrophosphates inhibit the formation and dissolution  of  hydroxyapatite  (Ca 5 (PO 4 ) 3 OH)  in  bone,  preventing  calcification  of  tissues  by  maintaining bone minerals. Hence, bisphosphonates have gained much attention as  pharmaceutical agents being isosteric to pyrophosphate, with the added advantage  of  being  hydrolytically  stable,  and  can  be  used  in  the  treatment  of  various  bone  deteriorating diseases including osteoporosis and Paget diseases. 60,61      Etidronateis  (1.31)  and  Chloronate  (1.32)  were  the  first  bisphosphonates  used in humans for the treatment of Paget disease and osteoporosis,  but  recently  derivatives  containing  alkylamino  side  chain  substituents  are  gaining  much  attention  (1.33,  Figure1.12)  Bisphosphonates  as  pharmaceutical  agents  are  being  used  as  antidepressant  (1.34)  and  anti‐hypercholesterolemia  agents  (1.35).  Recently  there  has  been  intense  research  in  bisphosphonate  chemistry  for  synthesizing modified nucleotides, which is a key research topic in this thesis and  23    will be further discussed in Chapter 3. Bisphosphonates are also used as fertilizers,  in textile and other industries. 62        Figure 1.12 Bisphosphonates    1.6 Phosphorus in Materials.    Some of  the  most important flame‐retardant material  on the market  are  organophosphorus  compounds.  Most  phosphorus‐based  flame  retardants  function  by forming phosphoric  or polyphosphoric  acids  which  absorb  water  from  the  surroundings and accelerate the formations of chars.  Phosphorus‐based materials are used in the electronic industries, such as in  organic  light  emitting  diodes  (OLED).  In  its  simplest  form  OLEDs consist of a hole  transporting layer, which is a p‐type semiconductor, an electron transporting layer  which is an n‐type semiconductor, and a spacer layer. 63  The hole transporting layer  usually consists of tertiary amines with aromatic substituents. 64  Organophosphorus  compounds  (Figure1.13)  have  been  recently  introduced  in  OLED,  for  hole  24    transporting  layers  due  to  their  structural  similarities  with  their  nitrogen  counter  parts,  as  well  as  due  to  their  high  thermal  stability  compared  to  nitrogen‐based  compounds. Thermal properties of these compounds are of particular interest since  high  T g  and  thermal  stabilities  are  needed  to  withstand  high  temperature  encountered during the OLED operation.    Figure 1.13 Phosphorus­Based Hole Transporting Materials.    1.7 Conclusions    The field of organophosphorus chemistry is quite mature, with the growing  application in pharmaceutical and in material industries. Phosphorus holds a unique  place  in  the  periodic  table,  as  evidenced  by  the  diverse  structural and chemical  properties displayed by the variety of organophosphorus compounds. It is however  possible to fully describe the tremendous impact that phosphorus compounds have  made in various fields in this short introductory chapter. I have  tried  to  focus  on  areas  where  phosphorus  is  dominant,  especially  in  biological  systems  and  pharmaceuticals and in some new emerging areas where much more development  can be envisioned.    25    1.8 Chapter 1 References                                                               1. Quin, L. D. A Guide to Organophosphorus Chemistry; Wiley‐Interscience: New York,  2000.   2. Dillon K. B.; Mathey, F.; Nixon J.F. Phosphorus: The Carbon Copy; John Wiley &  Sons, Inc.: New York, 1998.    3. Johndon, S. E. Ylides and Imines of Phosphorus; John Wiley & Sons, Inc.: New York,  1993.     4. Engel, R. Handbook of Organophosphorus Chemistry; Marcel Dekker, Inc.: New  York, 1992.    5. Regitz, M.; Scherer, O.J., eds Multiple Bonds and Low Coordination in Phosphorus  Chemistry; Georg Thieme Verlag; Stuttgart, Germany, 1990.    6. Hartley, F. R. The Chemistry of Organophosphorus  Compounds; John Wiley & Sons,  Inc.: New York, 1990; Vol 2.     7. Toy, A. D. F.; Walsh, E. N. Phosphorus Chemistry in Everyday Living; 2nd ed.;  American Chemical Society:  Washington D.C., 1987.     8. Hilderbrand, R.L. The Role of Phosphonates in Living Systems; CRC Press: Boca  Raton. 1983.     9. Hori, T.; Horiguchi, M., Hayashi, A. Biochemistry of Natural C­P Compounds; Japan  Association for Research on the Biochemistry of C‐P Compounds; Maruzen, Japan,  1984.    10. Cadogan, J.L.G.; Editor Organophosphorus Reagents in Organic Synthesis, 1979.    11. McEwen, W.E.; Berlin, K. D., eds Organophosphorus Stereochemistry; Halsted  Press: New York, 1975.    12. Kirby, A. J.; Warren, S. G. The Organic Chemistry of Phosphorus; Elsevier:  Amsterdam, 1967.    13. Hudson, R.F. Structure and Mechanism in Organo­Phosphorus Chemistry;  Academic Press : New York, 1965.    14. F. R. Hartley, ed., The Chemistry of Organophosphorus Compounds, Vol. 2. John  Wiley & Sons, Inc., New York, 1990  26                                                                                                                                                                                         15. Fritzsche, H.; Hasserodt. U; Koerw. F., Chem. Ber. 1964, 97, 1988.     16. Organic Synthesis, Coll. Vol. 1993. III. 57    17. Zablocka, M.; Delest, B.; Igau, A. Skowronska, A.; Majoral, J‐P., Tetrahedron Lett.,  1997, 38, 5667    18. Lawerense, N. J.; Muhammad, F., Tetrahedron, 1998, 54, 15361.    19. Griffin, S.; Heath, L.; Wyatt, P., Tetrahedron Lett., 1998, 39, 4405.    20. Ho, David G.; Gao, R.; Celaje, J.; Chung, H.; Selke, M., Science, 2003,  302, 259‐262.    21. Waluk, J.; Klein, H.‐P.; Ashe III, A. J.; Michl, J. Organometallics 1989, 8, 2804.    22. Schoeller,W. W., Chem. Commun., 1985, 334.    23. Mathey, F., Angew. Chem. Int. Ed., 2003, 42, 1578 – 1604.    24. Locombe, S.; Gonbeau, D.; Cabioch, J.‐l; Pellerin, B.; Denis, J.‐M.; Pfister‐Guillouzo,  G. J. Am. Chem. Soc., 1988, 110, 6964.    25. Schmidt,  M.W.; Truong, P. N.; Gordon M. S. J. Am. Chem. Soc., 1987, 109, 5217.    26 Schleyer, P. von R. ; Kost,  D.  J. Am. Chem. Soc., 1988, 110, 2105.    27. Nyulaszi,  L.; VeszprTmi, T.; RTffy J. J. Phys. Chem., 1993, 97,4011.    28. Budnikova,Y. H.; Yakhvarov, D. G.; Sinyashin, O. G. J. Organomet. Chem., 2005,690,  2416.     29. Budnikova,Y. H.; Yakhvarov, D. G.; Kargin, Y. M. Mendeleev Commun., 1997, 67– 68    30. Budnikova,Y. H.; Perichon, J.; Yakhvarov, D. G.; Kargin, Y. M.; Sinyashin, O. G. J.  Organomet. Chem., 2001, 630, 185.    31. Peruzzini, M,; Gonsalvi, L; Romerosa, A. Chem. Soc. Rev., 2005, 34, 1038–1047.    32. Romerosa, A.; Manãs S.; Richter, C. Spanish Patent,P200201731 A1 2209628 B2  2209628.  27                                                                                                                                                                                         33. Mitsunobu, O. Synthesis, 1981, 1.    34. Hughes, D. L. Org. React.,1992, 42, 335.    35. Hughes, D. L. Org. Prep. Proced. Int., 1996, 28, 127.  36. Prakash, G.K.S.; Chacko, S; Alconcel, S.; Stewart,T.; Mathew, T.G.; Olah, G.A.   Angew. Chem. Int. Ed., 2007, 46, 4933.    37. Michaelis, A.; Kaehne, R.;Ber. Dtsh. Chem. Ges., 1898, 31, 1048.    38. Arbuzov, R. A. Pure Appl. Chem., 1964, 9, 307.    39. Bhattacharya, A.K.; Thyagarajan G, Chem. Rev., 1981, 81, 415.    40. Knowles, W. S.;  Sabacky, M. J. Chem. Commun., 1968, 1445    41. Kagan, H. B.; Sasaki, M F. R , Hartely, ed. The Chemistry of Organophosphorus  Compounds, Vol. 1. John Wiley & Sons, Inc., New York, 1990, Chapter 3.    42. Ojima, L. Catalytic Assymetric  Synthesis; 2nd ed.; John Wiley & Son, Inc.: New  York, 2000    43.  Vineyard, B. D.; Knowles,W. S.; Sabacky, M. J.; Bachmanand, G. L.; Weinkauff, D. J.,  J. Am. Chem. Soc., 1977, 99, 5946.    44.  Miyashita, A.; Yasuda,A.; Takaya, H.; Toriumi, K.; Ito, T.; Souchi, T.; Noyori, R.  J.  Am. Chem. Soc., 1980, 102, 7932.    45. Eberhardt, L.; Armspach, D.; Harrowfield, J. Matt, D., Chem. Soc. Rev., 2008, 37,  839.    46. Denmark, S. E.; Stavenger, R. A. Acc. Chem. Res., 2000, 33 432    47. Leca, D.; Fensterbank, L.; Lacôte, E.; Malacria, M. Chem. Soc. Rev., 2005, 34, 858.    48. Sumiyoshi, T.; Schnabel,W.; Henne, A.; Lechtken,P. Polymer, 1985, 26, 141    49. Jang, D. O. Tetrahedron Lett., 1996, 37, 5367.     50. Graham, A. E.; Thomas,  A. V.; Yang, R. J. Org. Chem., 2000, 65, 2583.    28                                                                                                                                                                                       51. Lartey, P. A.; Nellans, N. H.; Faghih, R.; Petersen, A.; Edwards, C. M.; Freiberg, L.;  Quigley, S.; Marsh, K.; Klein, L. L.; Plattner, J. J. J. Med. Chem., 1995, 38, 1793.    52. Omura, S.; Tsuzuki, K.; Sunazuka, T.; Marui, S.; Toyoda, H.;Inatomi, N.; Itoh, Z. J.  Med. Chem., 1987, 30, 1941    53. Organophosphorus chemistry Goldwhite, H. Introduction to Phosphorus  Chemistry; CambridgeUniversity Press: Cambridge, U.K., 1981.    54. Berkowitz, D. B.; Bose, M. J. Fluor. Chem., 2001, 112, 13.    55. Maciá, E. Chem. Soc. Rev., 2005, 34, 691.    56. Eubanks L. M.; Dickerson, T. J.; Janda, K. D., Chem. Soc. Rev., 2007, 36, 458.    57. Singh, B. K.; Walker, A. FEMS Microbiol. Rev., 2006,  30, 428.    58. Harmmerschmidt, F.; Kachlig. H. J. Org. Chem., 1991, 56, 2364.    59. D. Hendlin, et al., Science 1969,166, 122    60. Fleisch, H. A. Drugs, 1991, 42, 919.     61. Bijvoet, O. L. M.; Fleisch, H. A.; Canfield, R. E.; Russell, R. G. G., Eds.,  Bisphosphonates on Bones, Elsevier, Amsterdam, 1995    62. Blomen, L. J. M. J. Bisphosphonates on Bones 1995, 111.    63.Borek, C. PhD. Thesis, University of Southern California, 2008.    64. Baumgartner, T.; Rau, R. Chem. Rev., 2006, 106, 4681.  30    Chapter 2. Synthesis of Fluorinated α­Aminophosphonates  using Gallium Triflate as catalyst.    2.1 Introduction    The significance of α‐amino acids in biological system, as structural units in  peptides,  proteins,  and  enzymes  has  led  to  intense  interest  in  the  chemistry  and  biological  activities  of  their  synthetic  analogues.  Phosphorus  analogues  of  amino  acids,  in  which  the  carboxylic  group  is  replaced  by  a  phosphonic,  P(O)(OH) 2 ,  or  phosphinic acid group, P(O)(OH)R, as well as a phosphonate group, P(O)(OR) 2  have  great potential, particularly in the preparation of isosteric or bioisosteric analogues  of numerous  natural  products.  As  mimics  of the natural α‐amino acids,  α‐ aminophosphonic acids and its esters can act as enzyme and protease inhibitors 1,2,3,4  and  have  regulatory  effect  on  plant‐growth,  5   act  as  herbicides, 6  and can also  function  as  carriers  of  charged  molecules  across  cellular  membranes. 7  Some  α‐ aminophosphonates  are  shown  to  exhibit  anti‐HIV, 8   antibacterial 9  and neuronal  activities. 10    The  replacement  of  the  carboxylic  group  by  phosphonic  acid  moiety has a  number of significant consequences in terms of shape, acidity and steric bulkiness.  Phosphonic acids are tetrahedral, have increased acidities (R–PO 3 H 2 , pKa 2.5, 8.0)  11   and are bulkier than the natural amino acids containing carboxylic derivatives. This  results in sufficient structural modification for these amino acid analogues to inhibit  enzymes or receptors to which normal amino acids could easily interact. Hence α‐ 31    aminophosphonic  acid  is  also  antagonist  to  natural  amino  acids.  Some  of  the  important  applications  of  α‐aminophosphonate  in  various  fields  are  depicted  in  Figure 2.1.      Figure 2.1 Application of Aminophosphonates    In recent years, there has been instense activity in the developmentof various  fluorinated  drugs  are  dominant  in  the  pharmaceutical  industry  (Figure  2.2).  Fluorinated  nucleosides,  alkaloids,  macrolides,  steroids,  and  sugars  are  used  as  therapeutic  agents  showing  anticancer,  antiviral,  antibiotic  and  anti‐inflammatory  agents. 12  Fluorine can act as hydrogen mimics at enzyme receptor sites due  to  its  steric compatibility with hydrogen. 13  It can significantly alter the chemical reactivity  of a drug, due to its high electronegativity. The high electronegativity has significant  effect on the acidity and basicity of its neighboring functional groups, which in turns  affects  the  metabolic  stability  of a fluorinated compound. The  strong  carbon‐ 32    fluorine bond in fluorinated pharmaceuticals also contributes to better thermal and  oxidative  stability.  The  overall  basicity,  lipophilicity,  hydrogen  bonding  is  greatly  altered  when  fluorine  is  incorporated  in  molecules,  and  this  contributes  to  the  metabolic  stability  and  therefore  bioavailability  of  therapeutic  drugs  in  biological  system.  Hence,  fluorinated  α‐aminophosphonates  would  be  great  interest  in  biological system.    Figure 2.2 Fluorinated Drugs       33    2.2 Results and Discussions     There  have  been  numerous  methods  for  generating  α‐aminophosphonate  framework,  [N‐C‐P(O)],  including  two  and  three  steps  processes, 14  but the most  efficient method to date is the one‐pot three component Kabachnik‐Fields reaction,  where  the  α‐aminophosphonates  are  formed  from  amines  (ammonia),  ketones  or  aldehydes, and dialkylphosphites (Scheme 2.1). 15      Scheme 2.1 Kabanichk­Fields Reaction    The  mechanism  of  the  Kabachnik‐Fields  reaction  largely  depends  on  the  substituents on the substrates employed in the process. The pathways by which the  Kabachinik‐Fields  reaction  can  take  place  are  shown  in  Scheme  2.2,  including  the  two‐and  three  steps  reaction  pathways.  The  Kabachnik‐Fields  reaction  can  either  take place through an aminal intermediate  (2.5)  or  through  the  Pudovik  reaction,  where  dialkylphosphite  can  react  initially  with  imines  or  ketones/aldehydes  (Scheme 2.2).    34      Scheme 2.2 Pathways for α­Aminophosphonate Synthesis with  Dialkylphosphites    Various  catalysts  have  been  utilized  in  the  synthesis  of  Kabachnik‐Fields  reaction, including Lewis‐and Brønsted‐acid catalysts.  16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27   The  Pudovic  reaction  pathway  usually  employs  either  a  base, 28,29,30  which initially  deprotonates the dialkylphosphite, or Lewis acids, 31,32,33,34,35,36  which catalyze imine  formation  as  well  as  the  dialkylphosphite  addition  with  the  imine.  Most  catalysts  used  in  these  processes  are  toxic,  and  cannot  be  recovered  from the reaction  mixtures.    Gallium  triflate  is  a  versatile  Lewis  Acid  catalyst  for  various  transformations  in  organic  synthesis.  37,38,39,40,41,42,43,44,45,46  The Gallium triflate  is  water soluble and is easily accessible and  thermally stable upto 280 °C. Studies in  our group have shown that gallium (III) triflate is an effective catalyst that is mild as  35    well as non‐hydrolysable in aqueous medium and can be easily recovered from the  reaction mixture, making it an attractive green catalyst. 47   Numerous fluoroorganics of pharmaceutical interest have been synthesized  by our group and others. Among these,  synthesis  of fluorinated  α‐amino‐acids  derivatives  from  fluorinated  ketones  by  a  three  component  approach  (Strecker  reaction)  is of  great  interest,  due  to the lack  of any other convenient  methods.  Gallium triflate  offers optimum acidity  required  for  general  ketonic  Strecker  reaction which has remained a challenge until recently. 37  This prompted us to utilize  gallium triflate as a catalyst for the synthesis of fluorinated α‐aminophosphonates.  We carried out the Kabachnik‐Fields reaction using 5 mol% of gallium triflate with  an equimolar amount of amine, fluorinated acetone and triethylphosphite  in  dry  THF in a pressure tube at room temperature. The results are shown in Table 2.1.     36    Table 2.1 Results of the Kabachnik­Fields Reaction for Fluorinated α­ Aminophosphonates      When the reaction was monitored by TLC, formation of mixture of products  was observed. The reactions yielded multiple unidentified products as determined  by  thin‐layer  chromatography  (TLC).  Significant  amounts  of  N‐ethyl‐aniline  derivative were also observed in the reaction mixture. The x‐ray crystal structure of  diethyl  1‐fluoro‐2‐(4‐nitrophenylamino)  propan‐2‐ylphosphonate  (Entry  2,  Table  37    2.1, Figure 2.3) was also obtained. p‐Nitro‐aniline was observed to give better yield  of the isolated products compared to other substituted anilines.   We  were  only  able  to  isolate  p‐nitro‐aniline  substituent  of  α‐ aminophosphonates with difluroacetone (Entry 1, Table 1). We were not able obtain  α‐aminophosphonates with trifluoroacetone.  The reaction also did not proceed to  the desired products when other alkylamines were used as the reactants. The yields  ranged  from  10‐20%,  compared  to  the  literature  yields  80‐90%  for  other  α‐ aminophosphonates using other catalysts.      Figure 2.3 ORTEP Diagram of Diethyl 1­fluoro­2­(4­nitrophenylamino)  propan­2­ylphosphonate (Entry 2, in Table 1)    As  mentioned  previously,  the  Kabachnik‐Field  reactions  are  usually  carried  out  using  dialkylphosphites.  There  are  very  few  examples  wherein  trialkylphosphites  were  used. 24   In  our  studies,  we  used  trialkylphosphites  as  the  38    reactant  because  trialkylphosphites  are  more  nucleophilic  than  dialkylphosphites  and  can  readily  undergo  oxidation  to  phosphonates  in  the  presence  of  a  mild  oxidant due to the stability of P=O (See Chapter 1). Trialkylphosphites  can  attack  fluorinated  acetone  (fluorinated  carbonyl  being  highly  electrophilic)  by  Pudovic  reaction  to  produce  a  hydrophosphonate  (2.7), which can readily,  irreversibly  rearranges to the phosphonates (2.8). This rearrangement product is attributed to  the  low  yield  of  α‐aminophosphonate.  Both  hydroxyphosphonate  (2.7)  and  the  phosphonates (2.8) were identified by  31 P NMR spectroscopy.      Scheme 2.3 Possible Reaction Pathway for α­Aminophosphonate with  Triethyphosphite    When the reaction was conducted at low temperature (‐78°C to 0°C),  and  monitored  using  31 P NMR spectroscopy, it was found that no reaction occurred at  39    these  temperature.  However,  upon  warming  the  reaction  mixture  to  room  temperature,  the  Pudovic  reaction  product  was  formed.  The  decline  in  the  α‐ aminophosphonate product, by the competing influence of Pudovic product was  further  confirmed  by  performing  a  controlled  reaction  was  carried out using  triethylphosphite  and  trifluoroacetophenone.  The  Pudovic  reaction  product  was  obtained  almost  exclusively  within  minutes  after  mixing  the  reactants  at  room  temperature without the use of catalysts.    Table 2.2 Result for Imine Formation Under Conventional Heating         To  test  the  imine  reaction  pathway,  we  generated  fluorinated  imines  using  gallium triflate catalyst and other acid catalysts such as SAC‐13 and montmorillonite  K‐10. Under conventional  heating, using toluene as  the  solvent, gallium triflate  produced  the  best  results  (Table  2.2).  We  also  tested  the  formation  of  fluorinated  40    imines under microwave irradiation (Table 2.3). Microwave reactions were carried  out at 165 °C without any solvent using these three catalysts and it was found that  montmorillonite K‐10 gave much better yield of imines than other ones.    Table 2.3 Result for Imine Formation Under Microwave Conditions      When the imines  from these reaction  mixtures  were tested  with   triethylphosphite under various conditions, α‐aminophosphosphate did not form in  the  presence  of  these  catalysts.    Hence, it is  possible  that  α‐aminophosphosphates  formed through the aminal intermediates. Therefore it is clear that the Pudovic  reaction dominates the reaction pathways in this one‐pot Kabachnik‐Fields reaction,  which  results  in  the  low  yield  of  the  desired  fluorine  containing  α‐ aminophosphonates.    2. 3 Conclusions    We  have  synthesized  and  characterized  new  fluorinated  analogs  of  α‐ aminophosphonates using gallium triflate. The yields are relatively low compared to  41    other  methods  presented  in  literature  for  the  synthesis  of  α‐aminophosphonates  due to rapid formation of hydroxyphosphonates, which rearranges to phosphonates  2.4 as shown in Scheme 2.2   Our  group  has  been  involved  in  synthesis  of  pyrophosphate  analogs  of  for  modified  nucleotides  to  study  the  structural‐activity  relationship  (SAR)  of Pol β‐  DNA  polymerase.  These  fluorinated  α‐aminophosphonates  analogues can  potentially  be  used  in  designing  new  class  of  modified  nucleotides.  This  will  be  further discussed in the following chapter.   2.4 Experimental     2.4.1 General     Unless otherwise mentioned, all chemicals were purchased from commercial  sources. THF was dried over sodium under nitrogen atmosphere.  1 H,  13 C, 19 F  ,  and    31 P  NMR  spectra  were  recorded  on  a  Varian  Mercury  series  400MHz  NMR  spectrometer  1 HNMR  chemical  shifts  were  determined  relative  to  internal  tetramethylsilane,  at  δ  0.0  or  from  the  residual  solvent  peaks.  13 C  NMR  chemical  shifts were determined relative to internal tetramethylsilane, at δ 0.0 , or to the  13 C  signal  of  CDCl 3  at  δ  77.0.  19 F  NMR  chemical  shifts  were  determined  relative  to  an  external standard CFCl 3  at δ 0.0.  31 P NMR chemical shifts were determined with an  external  standard  H 3 PO 4 ,  at δ 0.0.  Microwave  reaction was carried out using a  Biotage apparatus.      42    2.4.2 Typical synthesis of α­Aminophosphonates    In a pressure tube equimolar (1mmol) amount of aryl amine, fluorinated  acetone,  triethylphosphite  were  dissolved  in  10  mL  of  dry  THF  and the mixture  stirred  for  2  hrs.  The  reaction  progress  was  monitored  by  31 P  NMR  spectroscopy.  The reaction mixture was transferred to a round bottom flask and  THF  removed  under reduced pressure.  The residue was dissolved in 50 mL of methylene chloride  and washed thrice with 10 mL of water. The organic layer was dried with anhydrous  MgSO 4 , filtered and the solvent removed under reduced pressure. The product was  separated using preparative TLC with a mixture (1:2:7) of ethylacetate, methylene  chloride,   and hexane, respectively.   2.5 Spectral Data:    Diethyl 1,1­difluoro­2­(4­nitrophenylamino)propan­2­ylphosphonate  H N (EtO) 2 P O NO 2 HF 2 C CH 3   1 H‐NMR δ 1.33 (t, 6H,  3 J=7.1Hz), 1.69 (d, 3H,  3 J P‐H =15.3Hz), 4.20 (m, 4H), 4.69 (d, 1H,  J=8.0Hz), 6.11 (dt, 1H,  3 J P‐H =1.5Hz,  2 J F‐H =55.0Hz), 7.00 (d, 2H,  3 J H‐H =9.2Hz), 8.09 (d,  2H,  3 J H‐H =9.2Hz).  13 C  δ     16.231(d,  2C),  16.641(d,  1C),  63.432(d,  2C),  113.56  (s  1C)  116.72 (s 2C), 125.80 (s, 2C), 126.55 (s 1C) 150.68 (s, 1C).  19 F‐NMR δ ‐127.89 (dddd,  1F,  3 J P‐F =12.1Hz,  2 J F‐H =54.9Hz,  2 J F‐H  =71.2Hz,  2 J F‐F =279.1Hz)  31 P‐NMR δ 20.96 (dd, 1P,  43    3 J P‐F   =8.4Hz,  3 J P‐F   =15.9Hz)  HRMS: m/z  [M+Na+]  calcd  for  C 13 H 19 F 2 N 2 O 5 PNa:  375;  found: 375.0886. Yield 10%    Diethyl 1­fluoro­2­(phenylamino)propan­2­ylphosphonate    Yellowish oily liquid. 1H‐NMR δ 1.27 (m, 6H) 1.41 (d, 3H,  4 J H‐H =2.3Hz,  3 J P‐H  =15.9Hz),  4.12 (m, 4H), 4.39 (m, 1H), 4.65 (m 1H), 6.92 (m, 2H), 6.99 (m, 2H), 7.18 (m, 1H).  13 C‐NMR δ 16.63 (m, 1C), 17.55 (m, 2C), 58.41 (dd,1C  3 J F‐C =17.8Hz,  1 J P‐C  =155.7Hz),  63.04  (m,  2C),  85.05  (m,  1C)  122.21  (s,  2C)  122.46  (s,  2C)  ppm  129.02  (s,  1C)   143.98  (m,  1C).  19 F‐NMR  δ  ‐224.85  (dt,  1F,  3 J F‐P =14.1Hz,  1 J F‐H =47.5Hz).  31 P‐NMR  δ  25.97 (d, 1P  3 J P‐F =14.1Hz).  HRMS: m/z [M+Na+] calcd for C 13 H 21 NO 4 PNa: 312.1135 found: 312.1135. Yield 10%    Diethyl 1­fluoro­2­(4­nitrophenylamino)propan­2­ylphosphonate  H N (EtO) 2 P O NO 2 FH 2 C CH 3   Yellow  solid,  1 H‐NMR  δ  1.29  (m, 6H),  1.60  (dd,  3H,  3 J F‐H =2.1Hz,  2 J P‐H =15.1Hz),  4.13  (m, 1H), 4.53 (ddd, 1H, J=9.7Hz, J=14.1Hz, J=47.5Hz) 4.66 (d, 1H, J=7.7Hz), 4.78 (ddd,  1H, J=5.8Hz, J=9.7Hz, J=47.5Hz), 6.97 (d, 2H,  3 J H‐H =9.3Hz), 8.05 (d, 2H,  3 J H‐H  =9.2Hz).  44    19 F  NMR  δ  ‐226.81  (dt,  1F,  3 J F‐P =17.0Hz,  2 J F‐H =48.8Hz).  13 C‐NMR  δ  16.78  (m,  2C),  17.96 (d, 1C,  2 J P‐C =5.7Hz), 57.88 (dd, 1C,  2 J C‐F =17.6Hz,  1 J P‐C =156.3Hz), 63.58 (m, 2C),  85.35  (dd,  1C,  2 J C‐P =5.3Hz,  1 J C‐F =181.6Hz)  31 P  NMR  δ  24.08  (d,  1P  3 J P‐F =  17.54),  19 F  NMR δ   HRMS: m/z  [M+Na+]calcd  for  C 13 H 20 FN 2 O 5 PNa:  357.0986.;  found:  357.0981.  Yield  20%    Diethyl 1­fluoro­2­(p­tolylamino)propan­2­ylphosphonate    H N (EtO) 2 P O FH 2 C CH 3    Dark yellow liquid,  1 H‐NMR δ 1.27 (m, 1H), 1.41 (dd, 3H,  3 J F‐H  =2.3Hz,  2 J P‐H  =16.0Hz),  2.26 (s, 3H), 4.13 (m,  1H), 4.39 (m, 1H), 4.64 (m, 1H),  6.78 (dd, 2H,  3 J H‐H =20.5Hz),  7.06 (dd, 2H,  3 J H‐H  =11.0Hz);  13 C‐NMR δ 16.64 (m, 1C), 21.66 (s, 1C), 63.01 (m, 2C),   84.98  (d,  2C,  J=174.4Hz),  119.57  (s,  1C),    123.19  (d,  1C,  J=19.5Hz),  128.84  (s,  1C),   138.79 (s, 1C),  143.88 (s, 1C);  31 P‐NMR δ 26.01 (d,  3 J P‐F =13.8Hz).  HRMS: m/z  [M+Na+]  calcd  for  C 14 H 28 NO 3 PNa:  326.1292.;  found:  326.1292.  Yield  10%    Diethyl 1­fluoro­2­(2­fluorophenylamino)propan­2­ylphosphonate    H N (EtO) 2 P O FH 2 C CH 3 F   45    1 H‐NMR δ 1.28 (m, 6H), 1.47 (dd, 3H,  3 J F‐H  =2.1Hz,  2 J P‐H =15.7Hz), 4.14 (m, 1H, 4.46  (m, 1H), 4.70 (m, 1H), 6.82 (m, 1H), 6.97 (m, 1H), 7.30 (m,1H).  13 C‐NMR δ 16.62 (m,  1C),  17.59  (d,  1C,  1 J C‐C   =6.0Hz),  58.14  (m,  1C),  85.18  (dd,  1C,  1 J C‐C =5.4Hz,  1 J C‐ F =179.4Hz), 115.17 (d, 1C,  1 J C‐C  =20.5Hz), 121.65 (d, 1C,  1 J C‐C  =7.4Hz), 122.28 (s, 1C),  124.26 (d, 1C,  1 J C‐C =3.8Hz), 132.52 (m, 1C), 154.96 (d, 1C,  1 J C‐F =240.2Hz).  19 F‐NMR δ ‐226.37 (dt, 1F,  3 J P‐F =17.4Hz,  2 J F‐H =49.1Hz), ‐131.35 (s, 1F).  31 P‐NMR δ (d,  1P,  3 J P‐F  =13.8Hz). Yield 10%  2.6 Crystal Structure Data     Table 2.4 Crystal data and structure refinement for C 13 H 17 FN 2 O 5 P  Identification code   pfm  Empirical formula   C 13  H 17  F N 2  O 5  P  Formula weight   331.26  Temperature   133(2) K  Wavelength   0.71073 Å  Crystal system   Monoclinic  Space group   P2(1)/c  Unit cell dimensions  a = 8.994(4) Å  α= 90°.    b = 9.661(5) Å  β= 92.864(8)°.    c = 18.425(9) Å  γ = 90°.  Volume  1599.1(13) Å 3   Z  4  Density (calculated)  1.376 Mg/m 3   Absorption coefficient  0.206 mm ‐1   F(000)  692  Crystal size  0.54 x 0.30 x 0.08 mm 3   Theta range for data collection  2.21 to 27.53°.  Index ranges  ‐11<=h<=11, ‐8<=k<=12, ‐23<=l<=18  Reflections collected  10399  46    Table 2.4 Continued   Independent reflections  3557 [R(int) = 0.0376]  Completeness to theta = 27.53°  96.5 %   Absorption correction  Semi‐empirical  Max. and min. transmission  0.9833 and 0.8964  Refinement method  Full‐matrix least‐squares on F 2   Data / restraints / parameters  3557 / 0 / 201  Goodness‐of‐fit on F 2   1.052  Final R indices [I>2sigma(I)]  R1 = 0.0877, wR2 = 0.2628  R indices (all data)  R1 = 0.1221, wR2 = 0.2914  Largest diff. peak and hole  1.538 and ‐0.668 e.Å ‐3       47    Table 2.5 Atomic Coordinates ( x 10 4 ) and Equivalent  Isotropic  Displacement Parameters (Å 2 x 10 3 )for C 13 H 17 FN 2 O 5 P. U(eq) is Defined as One  Third of  the Trace of the Orthogonalized U ij  Tensor  _______________________________________________________________________________________                                                  x                            y                       z                              U(eq)  ________________________________________________________________________________________      P(1)  10595(1)  1997(1)  1065(1)  54(1)     F(1)  6810(5)  3556(4)  133(2)  116(1)     N(1)  8128(3)  887(3)  376(2)  45(1)     N(2)  3721(4)  ‐1468(4)  2033(2)  52(1)     O(1)  11504(3)  770(4)  932(2)  66(1)     O(2)  9989(3)  2107(4)  1839(2)  67(1)     O(3)  11363(4)  3445(5)  944(2)  92(1)     O(4)  3421(4)  ‐922(4)  2614(2)  67(1)     O(5)  3066(4)  ‐2488(4)  1792(2)  65(1)     C(1)  8967(4)  2185(4)  430(2)  46(1)     C(2)  9560(5)  2417(5)  ‐336(2)  60(1)     C(3)  8024(5)  3435(5)  625(3)  57(1)     C(4)  10364(6)  1171(6)  2444(3)  73(1)     C(5)  11414(9)  1829(7)  2974(3)  95(2)     C(6)  12728(10)  3880(12)  1325(4)  174(5)     C(7)  13896(8)  3991(12)  976(5)  152(4)    C(8)  7085(4)  356(4)  819(2)  40(1)    C(9)  6750(4)  882(4)  1507(2)  44(1)    C(10)  5658(4)  277(4)  1897(2)  46(1)    C(11)  4879(4)  ‐853(4)  1621(2)  43(1)    C(12)  5206(4)  ‐1411(4)  953(2)  46(1)    C(13)  6291(4)  ‐820(4)  561(2)  44(1)  _________________________________________________________________________________________             48    Table 2.6 Bond lengths [Å] and angles [°] for C 13 H 17 FN 2 O 5 P  ____________________________________________________  P(1)‐O(1)   1.468(4)  P(1)‐O(2)   1.555(3)  P(1)‐O(3)   1.581(4)  P(1)‐C(1)   1.837(4)  F(1)‐C(3)   1.389(6)  N(1)‐C(8)   1.374(5)  N(1)‐C(1)   1.465(5)  N(2)‐O(5)   1.220(5)  N(2)‐O(4)   1.236(5)  N(2)‐C(11)   1.447(5)  O(2)‐C(4)   1.462(6)  O(3)‐C(6)   1.446(8)  C(1)‐C(3)   1.528(6)  C(1)‐C(2)   1.551(5)  C(4)‐C(5)   1.469(8)  C(6)‐C(7)   1.264(10)  C(8)‐C(9)   1.410(5)  C(8)‐C(13)   1.412(5)  C(9)‐C(10)   1.376(5)  C(10)‐C(11)   1.380(6)  C(11)‐C(12)   1.388(5)  C(12)‐C(13)   1.367(5)    O(1)‐P(1)‐O(2)  115.6(2)  O(1)‐P(1)‐O(3)  116.1(2)  O(2)‐P(1)‐O(3)  104.2(2)  O(1)‐P(1)‐C(1)  113.99(18)  O(2)‐P(1)‐C(1)  105.79(17)  O(3)‐P(1)‐C(1)  99.4(2)  C(8)‐N(1)‐C(1)  130.1(3)  O(5)‐N(2)‐O(4)  122.5(3)  49    Table 2.6 Continued  O(5)‐N(2)‐C(11)  119.2(4)  O(4)‐N(2)‐C(11)  118.3(4)  C(4)‐O(2)‐P(1)  125.4(3)  C(6)‐O(3)‐P(1)  123.7(6)  N(1)‐C(1)‐C(3)  113.7(3)  N(1)‐C(1)‐C(2)  105.1(3)  C(3)‐C(1)‐C(2)  108.6(4)  N(1)‐C(1)‐P(1)  110.5(3)  C(3)‐C(1)‐P(1)  111.3(3)  C(2)‐C(1)‐P(1)  107.1(3)  F(1)‐C(3)‐C(1)  109.9(4)  O(2)‐C(4)‐C(5)  110.8(5)  C(7)‐C(6)‐O(3)  118.9(7)  N(1)‐C(8)‐C(9)  125.6(3)  N(1)‐C(8)‐C(13)  116.7(3)  C(9)‐C(8)‐C(13)  117.7(3)  C(10)‐C(9)‐C(8)  120.4(4)  C(9)‐C(10)‐C(11)  120.4(4)  C(10)‐C(11)‐C(12)  120.5(4)  C(10)‐C(11)‐N(2)  119.8(4)  C(12)‐C(11)‐N(2)  119.7(4)  C(13)‐C(12)‐C(11)  119.6(4)  C(12)‐C(13)‐C(8)  121.3(4)  _____________________________________________________________  Symmetry transformations used to generate equivalent atoms:        50    Table 2.7 Anisotropic displacement Parameters  (Å 2 x 10 3 ) for  C 13 H 17 FN 2 O 5 P. The Anisotropicdisplacement Factor Exponent Takes the Form:   ­2π 2 [ h2 a*2U11 + ... + 2 h  ______________________________________________________________________________________    U 11  U 22    U 33  U 23  U 13  U 12   _____________________________________________________________________________________   P(1)  43(1)   76(1)  44(1)   ‐22(1)  15(1)   ‐14(1)  F(1)  106(3)   122(3)  119(3)   ‐22(2)  1(2)   23(2)  N(1)  42(2)   52(2)  41(2)   ‐11(1)  14(1)   ‐8(1)  N(2)  49(2)   59(2)  47(2)   13(2)  8(2)   ‐4(2)  O(1)  49(2)   97(2)  53(2)   ‐26(2)  7(1)   2(2)  O(2)  54(2)   110(3)  37(2)   ‐8(2)  12(1)   14(2)  O(3)  75(2)   108(3)  94(3)   ‐34(2)  18(2)   ‐49(2)  O(4)  71(2)   80(2)  53(2)   5(2)  27(2)   ‐13(2)  O(5)  67(2)   68(2)  61(2)   9(2)  10(2)   ‐26(2)  C(1)  49(2)   50(2)  41(2)   ‐6(2)  16(2)   ‐10(2)  C(2)  64(3)   68(3)  49(2)   3(2)  18(2)   ‐15(2)  C(3)  62(3)   53(2)  58(3)   ‐8(2)  15(2)   ‐7(2)  C(4)  68(3)   88(4)  63(3)   7(3)  22(3)   ‐2(3)  C(5)  144(6)   96(4)  44(3)   ‐3(3)  ‐9(3)   15(4)  C(6)  161(7)   296(13)  67(4)   ‐18(6)  10(4)   ‐181(9)  C(7)  60(4)   293(13)  102(6)   ‐55(7)  6(4)   ‐35(6)  C(8)  39(2)   44(2)  37(2)   ‐1(2)  7(1)   0(2)  C(9)  45(2)   46(2)  40(2)   ‐8(2)  12(2)   ‐3(2)  C(10)  49(2)   52(2)  39(2)   0(2)  10(2)   4(2)  C(11)  40(2)   48(2)  41(2)   8(2)  7(2)   0(2)  C(12)  47(2)   47(2)  45(2)   1(2)  3(2)   ‐9(2)  C(13)  46(2)   49(2)  38(2)   ‐6(2)  9(2)   ‐3(2)  ______________________________________________________________________________________ 51    Table 2.8 Hydrogen coordinates ( x 10 4 ) and Isotropic  displacement  parameters (Å 2 x 10  3 ) for C 13 H 17 FN 2 O 5 P.  ____________________________________________________________________________________                                              x                          y                              z                U(eq)  ____________________________________________________________________________________        H(2A)  10230  1658  ‐452  90    H(2B)  10103  3296  ‐344  90    H(2C)  8722  2445  ‐697  90    H(3A)  7673  3322  1122  69    H(3B)  8635  4286  615  69    H(4A)  10812  314  2257  87    H(4B)  9445  913  2686  87    H(5A)  12368  1979  2751  143    H(5B)  11565  1227  3399  143    H(5C)  11010  2720  3124  143    H(6)  12747  4079  1831  209    H(7A)  13868  3790  470  182    H(7B)  14802  4276  1218  182    H(9)  7283  1658  1701  52    H(10)  5438  640  2359  56    H(12)  4679  ‐2198  769  56   H(13)  6516  ‐1210  106  53  ________________________________________________________________________________      52    2.7 Chapter 2 NMR Spectra     19 F­NMR  of  Diethyl­1,1­difluoro­2­(4­nitrophenylamino)propan­2­ ylphosphonate      53    31 P­NMR  of  Diethyl­1,1­difluoro­2­(4­nitrophenylamino)propan­2­ ylphosphonate       54    1 H­NMR  of  Diethyl­1,1­difluoro­2­(4­nitrophenylamino)propan­2­ ylphosphonate    55    13 C­NMR of Diethyl 1­fluoro­2­(p­tolylamino)propan­2­ylphosphonate       56    1 H­NMR  of  Diethyl  1­fluoro­2­(p­tolylamino)propan­2­ylphosphonate   57    31 P­NMR of Diethyl 1­fluoro­2­(p­tolylamino)propan­2­ylphosphonate  58    13 C NMR of Diethyl 1­fluoro­2­(2­fluorophenylamino)propan­2­ylphosphonate       59    19 F NMR of Diethyl 1­fluoro­2­(2­fluorophenylamino)propan­2­ylphosphonate       60    1 H NMR of Diethyl 1­fluoro­2­(2­fluorophenylamino)propan­2­ylphosphonate       61    31 P NMR of Diethyl 1­fluoro­2­(2­fluorophenylamino)propan­2­ylphosphonate     62    13 C NMR of Diethyl 1­fluoro­2­(phenylamino)propan­2­ylphosphonate      63    1 H NMR of Diethyl 1­fluoro­2­(phenylamino)propan­2­ylphosphonate       64    31 P NMR of Diethyl 1­fluoro­2­(phenylamino)propan­2­ylphosphonate    65    19 F NMR of Diethyl 1­fluoro­2­(phenylamino)propan­2­ylphosphonate    66    2. 8 Chapter 2 References                                                                1. Allen, M. C.; Fuhrer, W.; Tuck, B.; Wade, R.; Wood, J. M. J. Med. Chem., 1989, 32,  1652.     2 .Logusch, E. W.; Walker, D. M.; McDonald, J. F.; Leo, G. C.; Grang, J. E. J. Org. Chem.,  1988, 53, 4069.    3. Giannousis, P. P.; Bartlett, P. A. J. Med. Chem., 1987, 30, 1603.    4. Hirschmann, E.R.; Smith III ,A. B.; Taylor, C. M.; Benkovic, P. A.; Taylor, S. D.; Yager,  K. M.; Sprengler, P. A.; Benkovics, S. J. Science, 1994, 265, 234.    5. Hoagland, R. E. Naturally Occurring Carbon­Phosphorus Compounds as Herbicides.  ACS Sym. Ser. 1988, 380, 182.    6. Emsle, J.; Hall, E. D. The Chemistry of Phosphorus; Harper and Row:London, 1976.    7. Danila, C. D.; Wang, X.; Hubble, H.; Antipin, I. S.; Pinkhassik, E.  Bioorg. Med. Chem.  Lett., 2008, 18, 2320.    8. Alonso,E.; Solis, A.; del Pozo C., Synlett., 2000, 698.     9. Lejczak, B.; Kafarski, P.; Sztajer, H.; Mastalerz, P. J. Med. Chem., 1986, 29, 2212.     10. Kukhar, V. P.; Solodenko, N. M.; Solodenko, V. A. Biological activity of the  phosphorus analogs of amino­acids. Biokhim. Zh., 1988, 60, 95.    11. Quin, L. D. Organophosphorus Chemistry; Wiley‐Interscience: New York, 2000    12. Bégue, J‐P.; Bonnet‐Deplon, D. J. Fluorine Chem., 2006, 127, 992.    13. Biomedical Aspects of Organofluorine Chemistry (Eds.: R. Filler , Y. Kobayashi);  Kodansha and Elsevier Biomedical: Amsterdam, 1983.    14. Cherkasov, R. A.; Galkin, V. I. Russian Chem. Rev., 1998, 67, 882.    15. Fields, E. K. J. Am. Chem. Soc., 1952, 74 (6), 1528.    16 Heydari, A.; Karimian A.;  Ipaktschi, J. Tetrahedron Lett., 1998, 39, 6729.    17 Azizi , N.; Saidi, M.R. Eur. J. Org. Chem., 2003, 4630.  67                                                                                                                                                                                         18. Chandrasekhar,S.; Prakash, S.J.; Jagadeshwar V.; a Narsihmulu, Ch.Tetrahedron  Lett., 2001, 42, 5561.    19. Ranu, B.C.; Hajra,A.; Jana, U. Org. Lett., 1999, 1, 1141.    20 Manabe, K.; Kobayashi,S. J. Chem. Soc., Chem. Commun., (2000), p. 669.    21 Kaboudin, B.; Rahmani, A. Synthesis, 2003, 2705.     22 Lee, S.; Park, J.H.; Kang, J.; Lee, J.K.  J. Chem. Soc., Chem. Commun., 2001, 1698.     23 Akiyama,T.; Sanada, M.; Fuchibe, K. Synlett, 2003, 1463.     24 Bhagat, S.; Chakraborty, A.K.  J. Org. Chem., 2007, 72, 1263.     25 Reddy, Y.T.; Reddy, P.N.; Kumar, B.S.; Rajput, P.; Sreenivasulu, N.; Rajitha,  Phosphorous, Sulphur, Silicon Relat. Elem., 2007, 182, 161.    26 Heydari, A.; Arefi, A. Catal. Commun., 2007, 8, 1023.    27 Gosh, R.; Maiti, S.;  Chakraborty A.; Maiti, D.K.  J. Mol. Catal. A: Chem., 2004, 210,  53.    28. Yager, K.M.; Taylor, C.M.; and A.B. Smith, J. Am. Chem. Soc., 1994, 116, 9377.    29. Simoni, D.; Invidiata, F.P.; Manferdini, M.; Lampronti, I.; Rondanin,R.; Roberti, M.;  Pollini, G.P. Tetrahedron Lett., 1998, 39,  7615.    30. Klepacz, A.; Zwierzak, A. Tetrahedron Lett., 2002, 43, 1079.    31. Manjula, A.; Rao, V.; Neelakanthan,  P. Synth. Commun. 2003, 33, 2963.    32. Doye, S. Synlett., 2004, 1653.    33. Schlemminger, I.; Willecke, A.; Maison, W.; Koch, R.; Lutzen,  A.; Martens, J. J.  Chem. Soc., Perkin Trans., 2001, 1, 2804.     34. Laschat S.; Kunz, H. Synthesis, 1992, 90    35. Matveeva E.D.; Zefirov, N.S. Russ. J. Org. Chem., 2006, 42, 1237.    68                                                                                                                                                                                       36. Yadav, J.S.; Reddy, B.V.S.; Raj, K.S.; Reddy B.; Prasad, A.R. Synthesis, 2001, p. 2277.    37. Prakash, G. K. S.; Mathew T.; Panja. C.; Alconcel, S.; Vaghoo.H.; Do, C.  Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2007, 104, 3703    38. Olah, G. A.; Farooq, O.; Farnia, S. M. F.; Olah, J. A. J. Am. Chem. Soc., 1998, 110,  2560.    39. Olah, G. A.; Farooq, O.; Cheng, L. X.; Farnia, M. A. F.; Aklonis, J. J. J. Appl. Polym. Sci.,  1992, 45, 1355.     40. Prakash, G. K. S.; Yan, P.; Török, B.; Busci, I.; Tanaka, M.; Olah, G. A. Catal. Lett.,  2003, 85, 1.    41. Prakash, G. K. S.; Yan, P.; Torok, B.; Olah, G. A. Catal. Lett., 2003, 87, 109.    42. Yan, P.; Batamack, P.; Prakash, G. K. S.; Olah, G. A. Catal. Lett., 2005, 101,  141.     43. Yan, P.; Batamack, P.; Prakash, G. K. S.; Olah, G. A. Catal. Lett., 2005, 103,  165.     44. Deng, X‐M.; Sun, X‐L.; Tang, Y. J. Org. Chem., 2005, 70, 6537.     45. Lacey, J. R.; Anzalone, P. W.; Duncan, C. M.; Hackert, M. J.; Mohan, R. S.  Tetrahedron Lett., 2005, 46, 8507.     46. Lacey, J. R.; Anzalone, P. W.; Duncan, C. M.; Hackert, M. J.; Mohan, R. S.  Tetrahedron Lett., 2005, 46, 8507.    47. Yan, P. PhD. Thesis, University of Southern California, 2004.    69    Chapter 3. Modified Nucleotide Triphosphate Analogs    3.1 Introduction    Deoxyribonucleic acid (DNA) is the building block of all living organisms and  is responsible for storing genetic information pertaining to the  development  and  function of all living organisms and viruses. DNA consists of two long polymers of  simple units called nucleotides. The nucleotide consists of three structural regions:  triphosphate  moiety,  deoxyribose  sugar,  and  the  aromatic  base  (Figure 3.1). The  triphosphate is connected to the C5 ′ carbon of the deoxyribose sugar and the base is  connected  to  the  C1 ′ carbon of the deoxyribose sugar molecule via a β‐glycosidic  bond. Structurally the triphosphate moiety and the deoxyribose sugar are common  in all nucleotides. The variation in the structure of nucleotides is found in the base  connected to the C1’of the deoxyribose (Figure 3.1)    Figure 3.1 Deoxyribose Nucleic Acid and Purine and Pyrimidine Bases.  70    DNA conserves its genomic integrity through pairing of purine and pyridine  bases via hydrogen bonding in the two anti‐parallel strands of DNA. Adenine base  pairs  by  two  hydrogen  bonds  with  thymine,  while  guanine  binds  with  cytosine  through three hydrogen bonds (Figure 3.2). These hydrogen bonds are also known  as Watson‐Crick base pairing.  .    Figure 3.2 Two strands of DNA Showing Watson­Crick Base Pairings.    DNA  polymerase plays a central role  in replication and repair  in  DNA  synthesis. DNA polymerase catalyzes the nucleophilic attack of the 3 ′OH end of the  existing DNA chain,  on the α‐phosphate of  an incoming  deoxyribonucleotide  triposphophate  (dNTP)  to  form  a  phosphodiester  bond,  releasing  pyrophosphate  (PPi)  in the process. The energy  for  this process  is driven  by  the  subsequent  hydrolysis  of  pyrophosphate  released  from  the  incoming  dNTP.  As mentioned in  71    Chapter 1, hydrolysis of phosphonate esters releases around ‐7.4 kcal/mol of energy  per  P‐O  bond  hydrolysis.  To  understand  the  detailed  mechanism  of  the  DNA  polymerase  reaction,  it  is  necessary  to  obtain  substrates  with  various  functional  modifications that will test the integrity of natural dNTP structure. 1   The  established  dogma  for  high  fidelities  of  DNA  polymerases  has  been  attributed  to  Watson‐Crick  base  pairing  but  recently  there  have  been  numerous  studies related to the base selectivity of DNA polymerase where the bases, purines  and  pyridines  have  been  modified  to  address  the  electronic  and  structural  specificity of the incoming dNTP.    Figure 3.3 Modified Nucleotide of Thymidine Derivatives.    However Kool et. al. have recently shown that 2,4‐difluorotoluene and other  isosteric analogues of thymine (Figure 3.3) 2  can incorporate dNTP in the absence of  Watson‐Crick base parings. In another example, Bergstorm et al.  developed  azole  (3.1)  and  triazole‐carboxamide  nucleotides, 3  which allowed universal base paring  with purine and pyridine bases by maximizing base stacking interaction  (Figure  72    3.4). These studies indicated the preference of geometrical structural conformities  rather than hydrogen bonding at the active site of the DNA in determining  base  pairings.  O OH O P O O - O N O 2 N P O P - O O - O - O O 3.1   Figure 3.4 Nucleotide which Allows Universal Base.    3.2 Result and Discussion    The active site of various strands of DNA polymerase shows two magnesium  ions  interacting  with  primer  terminus  and  the  incoming  dNTP  (Figure  3.5)  as  suggested  by  Thomas  Steitz. 4  One metal polarizes the hydroxyl  group  at the 3 ′  primer terminus, facilitating nucleophilic attack by the hydroxyl group at the P α  of  the  incoming dNTP. Both  metals are involved  in stabilizing a five‐coordinate  transition state, where α‐phosphate is linked to five oxygen atoms and the second  metal facilitates the eliminating pyrophosphate.  Theoretical  calculations  of  the  step  wise  reaction  mechanism  of DNA  polymerase 5   show  the  binding  of  dNTP  with  the  polymerase  active  site  combined  with the base pairing with the template DNA strand, and is followed by nucleophilic  attack of the growing DNA primer at the 3 ′ oxygen (activated by deprotonation) on  the P α  of the triphosphate moiety with subsequent elimination of pyrophosphate. In  73    the  absence  of  any  significant  steric  difference  from  modified  leaving  group,  nucleotide  incorporation  reaction  rate  is  in  good  correlates  correlations  with  the  acidity of the leaving groups as the negative charge builds up at the P α ,  when  the  addition step of the primer 3 ′ oxygen is the rate determining step. Thus, the rate of  the  DNA  polymerase  reaction  is  sensitive  to  the  polarization  ability  of  the  leaving  groups but the effect of polarization will be greater when the  elimination  of  the  leaving group is the rate determining step.      Figure 3.5 Transition State of the Active Site of DNA Polymerase Reactions.    To understand  the  detailed step  wise mechanism of  DNA  polymerase  reaction,  various  modifications  have  been  envisioned  at  different  positions  of  the  74    triphosphate linkage.  In particular, leaving group properties  were  evaluated  recently in conjecture with theoretical studies. 6,7,8  In these studies various modified  triphosphate analogs of dNTP were used to understand the polymerase‐substrate  ternary complex, the catalytic efficiency, and the fidelity of human DNA polymerase.  Pol β has been used extensively as a model system to investigate fidelity 9,10  due to its  crucial  role  in  DNA  repair 11   and  the  availability  of  numerous  crystal  structures  of  various  ligand  states. 12,13,14  Modification of the triphosphate group can allow the  enzymatic reaction of DNA polymerase to be tuned systematically by altering the  leaving group properties of the modified dNTP.  In one study, single point crystal structure of the ternary complex  of  the  native Pol β with methylene analog of dNTP in the triphosphosphate region in the  solvent  accessible  region,  where  the  β‐γ  oxygen  is  replaced  by  P‐CF 2 ‐P  and  CH 2 ,   showed  minimum  perturbation  when  superimposed  with  crystal  structure  of  the  ternary  complex  of  Pol β  with  natural  dNTP. 6   There  were  also  no  protein  interactions between the bridged β‐γ oxygen or with the β, γ phosphorus from the  Pol β.  This  study  also  showed  that  there  were  no  significant  energy  differences  in  the  position  of the  catalytic  metal  cations  or the  aspartate  at the active site of the  enzyme, due to these modifications.  In  this  project  our  goal  was  to  synthesize  triphosphate  analogs of natural  dNTP by initially synthesizing bisphosphonate analogs and then coupling them with  nucleotide monophosphate moiety. To begin our studies, we wanted to compare the  structural and electronics properties  of pyrophosphate unit  with  known  PPi  75    analogues  which  have  previously  been  synthesized  for  enzymatic  studies. 15,16,17,18,19,20,21,22,23   By  using  substituent  at  different  positions,  the  fundamental parameters such as pKa and their binding affinity to metals can be  greatly altered, which can affect the course of enzymatic reactions.     3.2.1 Bisphophonic Acid Analogs    The  CF 2 ‐substituted  phosphonic  acid  derivatives  are  of  of  great  interest,  because CF 2  group is isoelectronic and isosteric to the oxygen atom in PPi. The pK a   values of 1.44, 2.11, 5.66, and 7.63 24  of CF 2  based bisphosphonic acid analog is also  comparable to that of 0.85, 1.49, 5.77, and 8.22 of PPi. 25  To synthesize CF 2  analogs of  pyrophosphonate,  the  corresponding  tetraethyl  diflurobisphosphonate  (3.3)  was  synthesized in 70‐75% yields using the known procedure developed by Shipitshin   et. al. 26   The tetraethyl difluoromethylenebisphosphonate is then hydrolyzed using  the  procedure  of  Mckenna  and  Shen 27  (Scheme 3.1)  to give  difluromethylene  phosphonic acid (3.4).    Scheme 3.1 Synthesis of Difluromethyelenebisphosphonate.  76    The crystal structure of the difluromethylenebisphonic acid was obtained as  a m‐toludinium salt and the crystal structure was determined. The crystallographic  data and some selected structural parameters for the H[CF 2 PP] 3‐  is shown in Table  3.1 and Table 3.2. 28    Table 3.1 Crystal Data and Structure Refinement for  Difluromethylenebisphosphonate, m­Tuolidium Salt    Empirical formula   C 44 H 60 F 4 N 6 O 12 P 4    fw   1064.86   cryst color, habit      crystal dimens (mm3)   0.25 × 0.20 × 0.10   temp (K)   153(2)   wavelength (Å)   0.71073   cryst syst   triclinic   space group   P    Formula unit/unit cell   1   a (Å)   12.7629(7)   b (Å)   13.3992(7)   c (Å)   17.1002(9)   α (°)  69.350(2)   β (°)  72.000(2)   γ (°)  89.762(3)   V (Å 3 )  2584.4(2)   Z   2   Density (calcd) (Mg/m 3 )   1.370   abs coeff (mm ‐1 )   0.224   F(000)   1118   2θ range (°)  1.35 ≤ 2θ ≤ 27.10    range of h, k, l   −16  → 13, −16  → 17, −22  → 13    reflns collected   15 683   independent reflns   10 969 [R(int) = 0.0373]   completeness to θ = 27.10°  96.2%   abs correction   none   refinement method   full‐matrix least‐squares on F 2    data/restraints/params   10 969/0/647   GOF on F 2    1.006   final R indices [I > 2σ(I)]  R1 = 0.0484, wR2 = 0.0879   R indices (all data)   R1 = 0.0805, wR2 = 0.0932   largest diff. peak and hole   0.480 and ‐0.346 e.Å ‐3            77    When comparing the structure and electronics of diflurobisphosphonic acid  with that  of pyrophosphates, the anionic radius  of diflurobisphosphonic  acid  [CF 2 PP] 4  is  much  larger  than  that  of  PP i  anions because the bond length of P‐C is  much longer than that of the corresponding  P‐O (1.597 Å ). 29  The F atoms in the CF 2   unit are occupying the position of the lone pairs of oxygen atom in the PP i  unit and  contribute to  the  size enhancement  of  the  [CF 2 PP] 4‐  unit compared to the PP i . The  shape of the anion is slightly different since the <P‐O‐P bite angle is different from  that of the <P‐C‐P bite angle.    Table 3.2 Selected Bond Lengths (Å) and Angles (deg) for  C 44 H 60 F 4 N 6 O 12 P 4    P(1)‐O(1)  1.5052(15)    P(2)‐O(6)  1.4995(17)  P(1)‐O(3)  1.5156(17)    P(2)‐O(5)  1.5641(19)  P(1)‐O(2)  1.5209(15)    P(2)‐C(1)  1.849(2)  P(1)‐C(1)  1.866(3)    F(1)‐C(1)  1.382(2)  P(2)‐O(4)  1.4965(17)    F(2)‐C(1)  1.396(2)  O(1)‐P(1)‐O(3)  113.87(10)    O(4)‐P(2)‐C(1)  104.78(10)  O(1)‐P(1)‐O(2)  113.47(09)    O(6)‐P(2)‐C(1)  108.34(10)  O(3)‐P(1)‐O(2)  111.83(09)    O(5)‐P(2)‐C(1)  103.60(10)  O(1)‐P(1)‐C(1)  107.18(10)    F(1)‐C(1)‐F(2)  104.61(17)  O(3)‐P(1)‐C(1)  106.05(10)    F(1)‐C(1)‐P(2)  107.13(15)  O(2)‐P(1)‐C(1)  103.49(10)    F(2)‐C(1)‐P(2)  108.67(15)  O(4)‐P(2)‐O(6)  116.59(11)    F(1)‐C(1)‐P(1)  108.26(15)  O(4)‐P(2)‐O(5)  109.80(11)    F(2)‐C(1)‐P(1)  107.88(15)  O(6)-P(2)-O(5) 112.60(10) P(2)-C(1)-P(1) 119.34(12 78    There were no unusual structural parameters on the crystal structure of the  m‐toludinium  counterion.  The  molecules  packs  as  a  dimer  with  one  molecule  of  H[(O 3 P) 2 CF 2 ] 3‐  and one molecule  [(O 3 P) 2 CF 2 ] 4‐   is  connected  through  hydrogen  bonding (Figures 3.6). The dimeric units combine to make a super  structure  with  sheets  of  anions  linked  by  H‐bonding  between  units.  The  presence  of  hydrogen  bonding was supported by calculation using an appropriate HFIX command, which  showed  some  electron  density  around  oxygen  atom  and  assigned  hydrogen  to  it.  Figure 3.6 shows H‐bonding between H100 from one anion and O8 from  another.  The O8‐H100 distance was found to be 1.64(3) Å, which is well within the distances  commonly observed in hydrogen bonds.         Figure 3.6 Two Molecules of H[(O 3 P) 2 CF 2 ] 3 ­ Interconnected Through H­Bond.    79    The major difference between the [(O 3 P) 2 CF 2 ] 4‐  anion and the PPi anion is in  the  P‐C  and  P‐O  bond  length  and  the    bridging  angles.  The  calculated  P‐O  bond  lengths of PP i  are 1.68 Å, whereas the calculated P‐C bonds of CF 2 PP are 1.87 Å. The  calculated bridging angle (<P‐O‐P) of PPi is 127.6° and the calculated bridging angle  (<P‐C‐P) of CF 2 PP is 122.9°. The CF 2 PP unit is therefore longer and bulkier than PP i .  Under  biological  conditions,  PP i   generally  coordinates  in  a  bidentate  manner  to  metal  ions such  as magnesium 30,31  even  though the anion can coordinate  in a  monodentate fashion. 29   The  CFH  analog  of  pyrophosphate  was  synthesized  from  the  commercially  available  tertraisopropyl  methylenebisphosphonate  in  55%  isolated  yield,  using  Selectoflur ®   as  shown  in  Scheme  3.2,  to  obtain  tetraisopropyl  fluromethylenebisphosphonate (3.7) Scheme 3.2, which was then hydrolyzed to the  corresponding  acids  (3.9). The methylene bisphosphonic acid  (3.10)  was  synthesized  from the commercially available tertraisopropyl methylene  bisphosphonates  by  hydrolysis  in  almost  quantitative  yield.  Fluromethylene  bisphosphonic acid (3.9) and methylene bisphosphonic acid (3.10) both produced  amorphous  solids  when  complexed  with  m‐toludine  and  various  other  bulky  nitrogen  bases.  Hence,  we  were  not  able  to  evaluate  the  crystal  structure  of  these  analogs.    80        Scheme 3.2 Synthesis of Mono­Flurobisphosphonate.  3.2.2 Triphosphoric Acid Analogs    Triphosphates  are  of  great  of  interest  in  the  biological  system as a part of  dNTP.  Our  goal  was  to  create  triphosphate  analogs  where  the  oxygen  atoms  between the three phosphorus atoms are replaced by non hydrolysable  analogs,  CH 2 ,  CHF,  or  CF 2  (Figure 3.7) .  The  symmetric  X=Y=CH 2   triphosphonic  acids  have  previously been synthesized, 32  but the asymmetric CF 2  and CH 2  or the CFH and CF 2   have yet to be synthesized.     Figure 3.7 Analogs of Triphosphonic Acids.    81    We initially wanted to synthesize the triphosphosphate acid, where X=Y=CF 2,  starting with the synthesis of the corresponding ester (3.12) using the route shown  in Scheme 3.3. However, it is interestering to note that the lithiated anion 3.11 did  not  react  with  dichloroethylphosphosphonate  but  rather  scrambled  into  undetermined  products.  It  was  observed  that  the  base  used  in  generating  the  lithiated  anion 3.11  is  important  in  determining   nucleophilicity  of  ‐ CF 2  anion. The  CF 2  analog of triphosphosphonic acid where X=Y=CF 2  was synthesized by a different  route. 33        Scheme 3.3 Synthesis Ethylester of CF 2  Analog of Triphosphate.    In another attempted, we tried to prepare symmetric CH 2  analogs of  triphosphonate esters (X=Y=CH 2 ) ,  using a similar procedure as shown in Scheme  3.3, using diethyl methylphosphonate (3.13). Surprisingly, instead of producing the  triphosphonate ethyl ester, ethoxy(methyl)phosphoryl)methylphosphonate (3.14) 34   was produced in 59% yield.     82        Scheme 3.4 Synthesis of Fluorinated  Ethoxy(methyl)phosphoryl)methylphosphonate.    With  ethoxy(methyl)phosphoryl)methylphosphonate  (3.14)  in hand, we  tried  to  synthesize  the  fluorinated  deriviatves 3.15 and 3.16  (Scheme  3.4)  with  Selectfluor ® . The hydrogen of the methylene group between the phosphorus atoms  of 3.14  is  relatively  more  acidic  than  the  terminal  methyl  and  should  be  easily  deprotonated with  standard base, such  as NaH and  t­ButO ‐ K + ,  as was done  in  fluormethylenebisphonate synthesis. When the deprotonated species was subjected  to electrophilic fluorination using Selectfluor ®  or NSF. (Scheme 3.4), fluorination did  not take place, but starting 3.14 compound was recovered after work up.     3.2.3 Monophonic Acid Analog of Bisphophonic Acid    The active site of DNA polymerase shows no interaction with the terminal γ  phosphorus atom of the incoming dNTP as mentioned previously. This opened up a  whole  new  area  of  structural  modification  that  can  take  can  be  affected  at  the  terminal γ phosphorus atom. We envisioned that replacing the γ phosphorus atom  with other tetrahedral structures can increase the structural variation in modified  nucleotide analogs. 3,3,3‐trifluoro‐2,2‐dihydroxypropylphosphonic acid (3.19) was  synthesized  (Scheme  3.5)  specifically  to  address  the  structural variation in  83    bisphosphonate  with  dihydroxy  carbonyl  group  –[C(OH) 2 ]‐.  The  diethyl  methylphosphonate (3.13) was reacted with ethyl 2,2,2‐trifluoroacetate to produce  diethyl  3,3,3‐trifluoro‐2,2‐dihydroxypropylphosphonate  (3.17).  Diethyl  3,3,3‐ trifluoro‐2‐oxopropylphosphonate and diethyl 3,3,3‐trifluoro‐2‐hydroxyprop‐1‐ enylphosphonate were also produced, but during acidic work up, both compounds  converted  to 3.17  in 65% yield.  The  ester 3.17 is a crystalline solid hence was  easily  separated  from  the  unreacted  starting  materials.  The  ester  3.17  is  subsequently  hydrolyzed  to  provide  quantitative  yield  of  the  acid  3.19,  as  a  colorless solid.       Scheme 3.5 Synthesis of 3,3,3­Trifluoro­2,2­dihydroxypropylphosphonic  Acid    Since the pKa of bisphosphonic acids are very important, we also evaluated  the  pKa  of  3,3,3‐trifluoro‐2,2‐dihydroxypropylphosphonic  acid  (3.19)  by  titrating  with 0.05  M  of NaOH solution. The first pKa of  3,3,3‐trifluoro‐2,2‐ 84    dihydroxypropylphosphonic  acid  was  found  to  be  4.43  and  the  second  pKa  was  found  to be  8.21, which is  close  to the third and fourth  pKa  values  of  both  pyrophosphate  and  difluromethylenebisphosphonic  acid. 18,19  Figure 3.9 shows the  titration  curve  for  determining  the  pKa  value  of  3,3,3‐trifluoro‐2,2‐ dihydroxypropylphosphonic acid.      Figure 3.8 Tritration Graph 3,3,3­trifluoro­2,2­dihydroxypropylphosphonic  Acid with 0.05 M NaOH Solution.    3.2.4 Modified Nucleotide Analog    The synthesis of nucleotide triphosphate analogs was carried out as shown in  Scheme  3.6.  The  morpholidate  derivative  was  synthesized  using  the  know  procedure  of  Moffat  et.  al  35,36  in  75%  yield.  The  nucleotide  analog  3.21 was  0 2 4 6 8 10 12 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Volume of 0.05M NaOH solution pH 85    synthesized by dissolving 3.19 in pyridine at room temperature reacted with 3.20  and stirring the mixture for 3 days. The  31 P NMR showed two doublets at 10.21ppm  and ‐10.32 ppm corresponding to P α  and P β  respectively after removal of pyridine  from the reaction mixture. These values are consistent with the  31 P NMR of P α  and P β  of other 5 ′deoxyribose  thymidine  triphosphate  analogs. 6,7,18   The reaction mixture  was passed through the Dowex‐NH 4 +  column, which gave better resolution in the  31 P‐NMR spectrum.  The product was separated using DEAE‐5PW HPLC column with  gradient  using  1M  NaCl/H 2 O. The product was also  separated  with an  anion  exchange column using DEAE Sephadex ®  resin with 0.3 M NaCl/H 2 O solution. The  nucleotide  analog  (3.21)  slowly  decomposed  when  water  was  removed  by  lypholization.  When  the  product  was  collected  and  subject  to  HPLC ion exchange  chromatography, it completely decomposed to the starting materials.       Scheme 3.6 Synthesis Nucleotide Triphosphate Analogs.    We subjected the crude reaction mixture to various pH, ranging from 4 to 7  in  hope  of  separating  the  product  without  decomposition.  In  its  crude  reaction  mixtures 3.21 was found to be stable in pH ranging from 4 to 7 over several days,  86    but upon isolation on HPLC column, it decomposed to the corresponding nucleotide  monophosphate and the 3,3,3‐trifluoro‐2,2‐dihydroxypropylphosphonic acid.     3.3 Conclusion    In  this  project  various  pyrophosphonic  acid analogs  of bisphosphonic  acids  and 3,3,3‐trifluoro‐2,2‐dihydroxypropylphosphonic acid were synthesized to couple  with nucleosides to generate both hydrolysable and non‐hydrolysable  nucleotide  analogs. These nucleotides analogs are crucial for further studies  on  fidelity  mechanism of DNA polymerase and to develop insight into developing drugs for the  treatment of HIV and cancer, where the DNA polymerase plays significant role in the  course of the disease.    3.4 Experimental     3.4.1 General    Unless otherwise mentioned, all chemicals were purchased from commercial  sources. THF was dried over  sodium under nitrogen  1 H,  13 C,  19 F,  and  31 P  NMR  spectra were recorded on Varian Mercury series NMR spectrometers at 400 MHz.  1 H  NMR chemical shifts were determined relative to internal tetramethylsilane at δ 0.0  or  the  1 H  signal  of  CDCl 3   unless  otherwise  stated.  13 C  NMR  chemical  shifts  were  determined  relative  to  internal  tetramethylsilane  at  δ  0.0  or  to  the  13 C  signal  of  CDCl 3  at  δ  77.0.  19 F  NMR  chemical  shifts  were  determined  relative  to  external  standard  CFCl 3   at  δ  0.0  31 P  NMR  chemical  shifts  were  determined  with  external  87    standard H 3 PO 4  at δ 0.0 GCMS data were obtained from the Thermo‐Finnigan DSQ  GC‐mass spectrometer. Ion exchange chromatograph with DOWEX 50‐200 mesh as  well in HPLC using DEAE‐5PW HPLC column.  3.4.2 Synthesis Relevance to Chapter 3    Synthesis of Diethyl Difluoromethylphosphonate(3.2)  Diethyl  difluromethlyphosphate  (3.2)  was  synthesized  from  the  known  procedure published by the work of Burton et al.  37  In a three neck 250 mL round  bottom flask, equipped with condenser, was charged with 100 mL of dry THF and  25.825  g  (0.187mol)  of  diethyl  phosphate  was  taken.  To  this,  4.5  g  (0.196mol)  of  sodium  was  carefully  added  slowly and stirred until it completely  dissolved.  The  condenser  was  replaced  with  dry  ice/acetone  condenser  and  CF 2 ClH  (0.196mol)  was bubbled through for 2 hrs. The solution turned murky and gelatinous  after  which the reaction mixture was stirred over night and then quenched with 50 mL of  water. The white gelatinous  solid  was  dissolved  and  the  product was extracted  three  times  with 50  mL diethyl  ether  in brine solution. The organic  layer  was  collected,  dried  over  MgSO 4 , filtered and the solvent removed to form a yellowish  liquid. The yellowish liquid was transfered into 100 mL round bottom flasked and  vacuum distilled to give a 23.12g of clear liquid in 66% yield.        88    Synthesis of Tetraethyl Difluoromethylenediphosphonate (3.3)          The synthesis of tetraethyl difluoromethylenediphosphonate (3.3) was based  on  a  modified  procedure  by  Shipitshin  et  al. 26   In  a  typical  preparation,  a  100  mL  Schlenk flask equipped with a magnetic stirring bar and rubber septum was charged  under dry nitrogen with THF (10 mL, freshly distilled from sodium benzophenone  ketyl) and i‐Pr 2 NH (1.80 mL, 12.8 mmol, freshly distilled from NaOH) and placed in  an ice‐water bath. After 30 min of stirring, a 2.45 M n‐BuLi solution in hexanes (5.30  mL, 13.7 mmol) was added drop‐wise within 6 min. After another 30 min, the ice‐ water bath was replaced by a ‐78 °C isopropanol‐dry ice slush bath, and the reaction  mixture was stirred  for  an additional 30  min  before a solution  of  diethyl  difluoromethyl  phosphonate  (2.26  g,  12.0  mmol)  in  THF  (9  mL)  was  added  drop‐ wise  within  6  min.  Thirty  minutes  later,  a  solution  of  diethyl  phosphochloridate  (2.05 g, 11.9 mmol) in THF (9 mL) was added dropwise to the brown  reaction  mixture within 8 min. After 1 h of stirring at ‐78 °C, the isopropanol‐dry ice bath was  replaced by  an ice water bath  and  the  stirring was continued for  another  hour  before a saturated aqueous solution of KH 2 PO 4  (10 mL) was added to the reaction  mixture. After being stirred at ambient temperature overnight, the contents of the  flask were transferred into a separatory funnel with the aid of EtOAc (80 mL) and  water (40 mL). The aqueous phase was extracted twice with 50 mL  portions  of  EtO P P OEt O O OEt OEt F F 89    EtOAc, and the organic phases combined and dried over MgSO 4 . After filtration and  removal of solvent and any volatiles under reduced pressure, the crude product was  obtained as  yellow  oil. It  was  purified by  column chromatography  on  silica  gel  (EtOAc/hexanes, 3:2). Additional purification was achieved by heating the product  under vacuum (75 °C, 3 mmHg) overnight. The product was a colorless  oil,  yield  2.71 g (70%).   Typical Synthesis of Bisphosphonic Acids and Other Phosphonic Acids From  Their Corresponding Esters    The syntheses of bisphosphonic and phosphonic acid analogs were achieved  according to a modified procedure of McKenna and Shen. 27   In a typical synthesis, a  50 mL round‐bottomed flask (dried under vacuum using a heat gun)  containing  tetraethyl  methylenebisphosphonates  (8.0  mmol)  and  a  magnetic  stir  bar  was  charged under dry nitrogen with 98% bromotrimethylsilane (7.00 mL, 52.0 mmol).  The flask was sealed with a glass stopcock, and the reaction mixture was stirred at  ambient temperature for 4.5 days. The volatiles were removed in vacuo followed by  addition of water (14 mL). After being stirred for 50 min at ambient temperature,  the colorless liquid was transferred into a separator funnel, and the organic phase  was  separated  and  discarded.  The aqueous phase was washed twice with 15 mL  portions of ether and transferred into a 100 mL round bottomed  flask with water  (combined  volume 30  mL). Most  of water was removed in  vacuum at  ambient  temperature. The resulting oil was dried over P 2 O 5  in vacuo (0.1 mmHg, 4 days), the  90    wet  P 2 O 5   being  replaced  with  fresh  dry  material  at  least  once.  Difluoromethylenebisphosphonic acid as colorless crystals, yield 1.68 g (96%).  Spectral Data of 3,3­Trifluoro­2,2­dihydroxypropylphosphonic Acid (3.19)  31 P­NMR δ 23.095 (s), 1H‐NMR δ 2.11 (dd, 2H,  3 J F‐H =5.8Hz,  2 J P‐H ‐F=18.7Hz),  19 F‐NMR  δ ‐86.95.     Preparation of the m­Toludinium Salt of Difluromethylene Bisphosphonic Acid  (3.5) for Crystallographic Analysis.    Difluoromethylenebisphosphonic acid (50 mg, 0.33 mmol) was dissolved in  10 mL of deionized water. The solution was treated with excess m‐toluidine (0.500  mL, 4.67 mmol) under stirring. A sticky brown precipitation was formed, which was  filtered  and  recrystallized  from  deionized  water  was  carried  out  to  obtain  white  crystals.   X­ray Crystallography  Diffraction data for the H[CF 2 PP] 3‐  anion were collected at 153 K on a SMART  APEX  CCD  diffractometer  with  graphite‐monochromated  Mo  K α  radiation(ì  )  0.71073 Å). A hemisphere of the crystal data was collected up to a resolution of 0.75  Å. Cell parameters were determined using SMART software. The SAINT package was  used for integration of data, Lorentz, polarization, and decay corrections, and for the  merging of data. No absorption correction was applied. All calculations for structure  determination were carried out using the SHELXTL package (version 5.1). Initial  atomic  positions  were  located  by  direct  methods  using  XS,  and  the  structure  was  refined by least‐squares methods using SHELX with 10 969 independent reflections  91    and within the range of θ= 1.35‐27.10° (completeness 96.2%). Calculated hydrogen  positions  were input and refined in  a  riding manner  along  with  the  attached  carbons. Hydrogen atoms involved in H‐bonding were located using the appropriate  HFIX command. Views of the structure were prepared using ORTEP3 for Windows.  Synthesis Tetraisopropyl Fluoromethylenediphosphonate (3.7)         In a three neck round bottom flask 0.652 g of NaH was taken with 40 mL of  dry THF, under nitrogen atmosphere and cooled to 0 °C. To this 8 g of tetraispropyl  methylene diphosphonate in 10 mL of dry THF was added drop wise and reaction  mixture brought to room temperature and stirred until effervescence  ceased.  The  reaction vessel was brought back to 0 °C and then 6.215g of Selectrofluor ®  in 3 mL  of dry DMF was added. The solution turned orange and the reaction mixture stirred  for 3‐4 hrs. The reaction mixture was quenched with 30 mL 1M HCl solution and the  aqueous layer separated from the organic layer. The aqueous layer was washed with  30  mL  of  ethyl  acetate  3  times  and  the  solvent  of  the  combined  organic  layer  removed  under  reduced  pressure.  The  products  were  subjected  to  column  chromatography on silica gel using 1:3 ratio of ethylacetate/hexane as elutant. and  Spectral data compared with literature and were found to be the same. 6   92    Synthesis of Diethyl (ethoxy(methyl)phosphoryl)methylphosphonate (3.14).      In a 100 mL round bottomed flask, under nitrogen, 4g of diethyl methylene  phosphonate was taken in 20 mL of dry THF and the reaction vessel cooled to ‐78 °C  in a dry ice‐isopropanol bath. To this 10 mL of  nBuLi (2.5M in hexane) was added  dropwise and the reaction  mixture stirred for 2 hrs at  ‐78  °C and  then  slowly  brought up to room temperature and stirred for another 2hrs. The reaction mixture  was quenched with 20 mL 3M HCl and the organic layer was separated. The aqueous  layer  was  washed  three  times  with  30  mL  of  ethyl  acetate  and  then  combined  organic  layer  was  washed  three  times  with  water,  then  dried  over  MgSO 4  and the  solvent removed. The product was purtified by column chromatography on silica gel  with with 1:9 mixture of methanol and methylene chloride to give 2.36g of 3.14 in  59 % yield. Spectral data consistent with the literature. 34     Synthesis of Diethyl 3,3,3­trifluoro­2,2­dihydroxypropylphosphonate (3.19)      Typical synthesis of diethyl‐3,3,3‐trifluro‐2,2‐dihydroxyprophylphosphonate    involved treating 2g of diethyl methyl phosphonate (13.2mmol) in a 50 mL round  bottom  flask  (dried under vacuum using heating gun), with  2g  OEt P F 3 C OH HO O OEt EtO P P CH 3 O O OEt OEt H H 93    diethylmethylphosphonate  in  20  mL  dry  THF,  cooled  to  ‐78  °C  using dry ice and  acetone slush bath for 10 minutes. 8 mL of 1.6 M n‐butyllithium was added to and  the reaction mixture and stirred for one hour. To this, trifluromethyl acetate in 20  mL  of  dry  THF  was  added  drop  wise  using  a  syringe  and  the  reaction  mixture  brought  to  room  temperature.  The reaction mixture was quenched  with  1M  HCl  solution. The organic layer separated and the aqueous layer washed twice with 20  mL  portions  of  CH 2 Cl 2 .  The  organic  layer  was  dried with magnesium sulfate and  filtered into 250 mL round bottom flask and the solvent removed to produce a white  crystalline solid.  Spectral Data for Diethyl 3,3,3­trifluoro­2,2­dihydroxypropylphosphonate  (3.17)      1 H‐NMR δ 1.32 (m, 6H), 2.28 (d, 2H,  2 J P‐H =19.3Hz), 4.16 (m, 4H)  13 C‐NMR δ 16.47 (d,  1C,  3 J P‐C  =6.5Hz), 29.94 (d, 1C,  1 J P‐C =139.6Hz), 63.10 (d, 1C,  2 J P‐C  =6.3Hz) 122.49 (m,  1C)  19 F‐NMR δ ‐87.860.  31 P‐NMR δ 26.681.    Titration of 3,3,3­Trifluoro­2,2­dihydroxypropylphosphonic Acid (3.19) with  0.05 M aqueous  NaOH solution.     3,3,3‐Trifluoro‐2,2‐dihydroxypropylphosphonic acid (1g) was dissolved in 1  mL of deionized water. 0.1 mL of this solution was taken in a conical flask and the 20  mL  of  deionized  water  was  added.  The  solution  was  titrated  with 0.05M NaOH  solutions and the pH monitored with a pH meter. Table 3.3 shows the volume vs pH  data of the titration.  94    Table 3.3 Titration Data for 3,3,3­Trifluoro­2,2­ dihydroxypropylphosphonic Acid with NaOH    Synthesis of 5 ′Monophosphate Adenosine Deoxyribose Morpholidate (3.20)  Compound 3.20  was  synthesized  using  modified  synthesis  of  Khorana et.  al. 35,36  In a 100 mL  three  neck round bottom  flask  equipped  with stirring  bar,  condenser  and  septum,  500  mg  of  thymidine  monophosphates  disodium  salt  was  taken in to 15 mL t‐butyl alcohol and 15 mL of water under nitrogen. To this 649 mg  of  morpholine  was  added  and  the  mixture  brought  to  reflux  until the white solid  95    dissolved  to  form  almost  a  clear  solution.  1.55g  of  DCC  (N,N'‐ Dicyclohexylcarbodiimide) in 15 mL of t‐butyl alcohol was added slowly over three  hours and the resulting solution was kept under reflux for another three hours. The  reaction mixture was allowed to cool to room temperature and a cream precipitate  was observed to form as the reaction proceeded. The solution was filtered and the  residue washed with minimum amount of Methanol. The filtrate was evaporated to  dryness  and  the  solid  formed  was  dissolved  in  minimum  amount  of methanol. To  this mixture 20 mL diethyl ether was added. A creamy precipitate was formed.  The  solvent was evaporated to dryness to produce the 0.783g of product in 76% yield.    5 ′Adenosine Deoxyribose Nucleotidetriphosphate Analogs (3.21)    Morphorlidate derivative of adenosine monophosphates (3.20) (200mg) was  taken in 10 mL of dry pyridine in a glove box, and to this 200mg of phosphonic acid  derivative  (3.19)  in  10  mL  of  dry  pyridine  was  added  and  the  reaction  mixture  stirred at room temperature for 3 days. The pyridine was removed under vacuum  and the product subjected to ion exchange column using DOWEX 50WX8‐200 resin  in the ammomium (NH 4 + ) form and eluted with de‐ionized water. The product was  obtained  as  a  mixture  of  starting  3,3‐trifluoro‐2,2‐dihydroxypropylphosphonic  (3.19) acid and starting nucleoside (3.20)  as  well  as  other  unidentified  products.   Water  was  removed  from  the  reaction  mixture  by  lypholization.  The  product  was  subjected  to  HPLC  DEAE‐5PW  column  under  gradient  conditions  H 2 O/NaCl  (1M)  96    and fractions were collected. Product was obtained at 24 minutes of elution. Water  was removed by lypholization and the product analyzed.    Spectral Data of 5 ′Adenosine Deoxyribose Nucleotidetriphosphate Analog  (3.21)    1 H‐NMR δ 2.29 (dd, 1H, J=6.3Hz, J=19.1Hz), 2.67 (m, 1H), 2.88 (m, 1H), 4.17 (m, 1H),  4.34 (m, 1H), 4.77 (m, 1H), 6.52 (t, 1H, J=6.7Hz), 8.26 (s, 1H) 8.44 (s, 1H).  31 P‐NMR δ  ‐10.20 (d, 1P,  2 J P‐P =24.1Hz), 10.14 (d, 1P,  2 J P‐P  =23.3Hz).  19 F NMR δ ‐87.286.     97    3.5 Chapter 3 NMR and HPLC Spectra  31 P­NMR of 5 ′Adenosine Deoxyribose Nucleotidetriphosphate Analog (3.21)    98    19 F­NMR of 5 ′Adenosine Deoxyribose Nucleotidetriphosphate Analog  (3.21)    99    1 H­NMR of 5 ′Adenosine Deoxyribose Nucleotidetriphosphate  Analog(3.21)        100    HPLC Analysis of 5 ′Adenosine Deoxyribose Nucleotidetriphosphate Analog  (3.21)    101    19 F­NMR of Diethyl (ethoxy(methyl)phosphoryl)methylphosphonate            102    1 H­NMR of Diethyl (ethoxy(methyl)phosphoryl)methylphosphonate.            103    13 C­NMR of Diethyl (ethoxy(methyl)phosphoryl)methylphosphonate.     104    31 P­NMR of Diethyl (ethoxy(methyl)phosphoryl)methylphosphonate.          105    31 P­NMR of3,3,3­Trifluoro­2,2­dihydroxypropylphosphonic Acid (3.19)            106    19 F­NMR of 3,3,3­Trifluoro­2,2­dihydroxypropylphosphonic Acid (3.19)            107    1 H­NMR of 3,3,3­Trifluoro­2,2­dihydroxypropylphosphonic Acid (3.19)           108    3.6 Chapter 3 References                                                                1 .Engel, R. Chem Rev., 1977, 77, 349     2. Kim, T. W.; Delaney, J. C.; Essigmann, J. M; Kool, E. T. PNAS 2005, 102, 15803.    3. Bergstrom, D. E.; Zhang, P.; Toma, P.H.; Andrews, C.A.; Nichols, R. J. Am. Chem. Soc.,  1995 117, 1201.    4. Steitz, T. Nature, 1998, 391, 231–232    5. Floria´n, J., Goodman, M. F., and Warshel, A., J. Am. Chem. Soc., 2003 125, 8163‐  8177    6. Sucato, C. A.; Upton, T. G.; Kashemirov, B. A.; Batra, V. K.; Martínek V.; Xiang, Y.;  Beard, W. A.;  Pedersen, L. C.; Wilson, S. H.; McKenna, C. E.; Florián, J.; Warshel, A.;  Goodman M. F. , Biochemistry, 2007, 46, 461‐471.    7. McKenna, C. E.; Kashemirov, B. A.; Upton, T. G.; Batra, V. K.; Goodman M. F.; Beard,  W. A.;  Pedersen, L. C.; Wilson, S. H., JACS. 2007, 129, 15412.    8. Sucato, C. A.; Upton, T. G.; Kashemirov, B. A.; Osuna, J.; Oertell, K.; Beard, W. A.;  Wilson, S. H.; Florián, J.; Warshel, A.; McKenna, C. E.;  Goodman M. F. Biochemistry,  2008, 47, 870.     9. Arndt, J. W., Gong, W., Zhong, X., Showalter, A. K., Liu, J.,Dunlap, C. A., Lin, Z.,  Paxson, C., Tsai, M. D., and Chan, M. K., Biochemistry, 2001, 40, 5368‐5375.    10. Beard, W. A., and Wilson, S. H. Chem. Rev., 2006, 106, 361‐382.    11. Wilson, S. H. Mutat. Res., 1998, 407, 203.    12. Sawaya, M. R., Pelletier, H., Kumar, A., Wilson, S. H., and Kraut,J. Science, 1994  264, 1930.    13. Pelletier, H., Sawaya, M. R., Kumar, A., Wilson, S. H., and Kraut,J., Science, 1994  264, 1891.    14. Sawaya, M. R., Prasad, P., Wilson, S. H., Kraut, J., and Pelletier, H. Biochemistry,  1997, 36, 11205.    109                                                                                                                                                                                       15. Batra, V. K.; Beard, W. A.; Shock, D. D.; Krahn, J. M.; Pedersen, L.C.; Wilson, S. H.  Structure, 2006, 14, 757.    16. Barabas, O.; Pongracz, V.; Kovari, J.; Wilmanns, M.; Vertessy, B. G. J. Biol. Chem.,  2004, 279, 42907.    17. Stefan, C.; Jansen, S.; Bollen, M. Purinergic Signalling, 2006, 2, 361.    18. Blackburn, G.M.; Eckstein, F.; Kent, D.E.; Perree, T. D. Nucleoside, Nucleotide  Nuclic Acids, 1985, 4, 165.    19. Ma, Q. F.; Kenyon, G. L.; Markham, G. D. Biochemistry, 1990, 29,1412.    20. Rizk, S. S.; Cuneo, M. J.; Hellinga, H. W. Protein Sci., 2006, 15, 1745.    21. Soti, C.; Vermes, A.; Haystead Timothy, A. J.; Csermely, P. Eur. J. Biochem., 2003,  270, 2421.    22. Boyle, N. A.; Fagan, P.; Brooks, J. L.; Prhavc, M.; Lambert, J.; Cook, P. D. Nucleoside,  Nucleotide Nuclic Acids, 2005, 24, 1651.    23. Li, R.; Muscate, A.; Kenyon, G. L. Bioorg. Chem., 1996, 24, 251.    24 Burton, D. J.; Pietrzyk, D. J.; Ishihara, T.; Fonong, T.; Flynn, R. M. J. Fluor. Chem.,  1982, 20, 617.    25. Gresser, M. J.; Tracey, A. S.; Parkinson, K. M. J. Am. Chem. Soc., 1986, 108, 6229.    26 Shipitshin, A. V.; Victorova, L. S.; Shirokova, E. A.; Dyatkina, N.B.; Goryunova, L. E.;  Beabealashvilli, R. S.; Hamilton, C. J.; Robetrs, S. M.; Krayevsky, A. J. Chem. Soc., Perkin  Trans., 1999, 1039.    27 McKenna, C. and Shen, P. J. Org. Chem., 1981, 46, 4573.    28. Crans, D. C.; Holder, A. A.; Saha, T. K.; Prakash,G. K. S.; Yousufuddin, M.;  Kultyshev, R.; Ismail, R.; Goodman, M. F.; Borden, J.; Florian, J. Inorg. Chem., 2007, 46,  6723.     29. Adams, J. M.; Ramdas, V. Acta Crystallogr., Sect. B: Struct. Sci.,1976, 32, 3224.    30. Souhassou, M.; Lecomte, C.; Blessing, R. H. Acta Crystallogr., Sect.B: Struct. Sci.,  1992, B48, 370.  110                                                                                                                                                                                         31 Johnson, J. W.; Johnston, D. C.; King, H. E.; Halbert, T. R.; Brody,J. F. Inorg. Chem.,  1988, 27, 1646.    32.Saady, M.; Lebeau, L.; Mioskowski, C.  Helvetica Chimica. Acta., 1995,  78,  670.    33 Zibinsky, M. Ph.D Thesis University of Southern California 2009    34. Teulade, M. P.; Savignac, P.; Aboujaoude, E. E.; Collignon, N.  J.  Organometallic  Chem., 1986, 312,  283.    35. Moffatt, J. G.; Khorana, H. G. J. Am. Chem. Soc., 1959, 81, 1265.    36. Moffatt, J. G.; Khorana, H. G. J. Am. Chem. Soc., 1961, 83, 649.    37. D. J., Burton ;R. M., Flynn. J. Fluor. Chem., 1980, 15, 263.     111    Chapter 4. Halogenated Trimethylsilane and Nitrate Salt as  an Efficient Reagent System for the Direct α­Halogenation  of Carbonyl Compounds    4.1 Introduction    The conversion of C‐H bonds to C‐X bonds (X = F, Cl, Br and I) has a variety of  application in medicinal chemistry. The C‐X bonds can diminish metabolic activity as  well as increase bioavailabilty. 1  α‐Halogenated carbonyl compounds  are important  synthetic  intermediates  and  are  used  as  precursors  for  various  organic  transformations. 2  α‐Haloacetophenone derivatives have been investigated for their  active  participation  in  the  inhibition  of  protein  tyrosine  phosphatases  (SHP‐1  and  PTP1B) (Scheme 4.1). 3   α‐Bromoacetophenone  derivatives  have  better  inhibition  effect  than  the  corresponding  chloride  derivatives.  Therefore  by  derivatizing  the  phenyl ring, the properties of PTP inhibitors can be significantly  modified.  It  has  been found that the derivatization of the phenyl ring with tripeptide  Gly‐Glu‐Glu  results in a potent, selective inhibition against a PTP1B.  There are relatively few reagents known, that allows direct α‐halogenation of  carbonyl compounds. There are significant number  of chlorinating  reagents  are  available,  which  includes  trichloroisocyanuric  acid, 4   N‐chlorosuccinimide, 5  sulfuryl  chloride, 6  polymer supported chlorine  7   and  also  p‐toluenesulfonyl  chloride. 8  Herein,  we report  α‐chlorination as  well  as of  carbonyl compound  with  nitryl  chloride  or  bromide  generated  in  situ  from  chloro/bromotrimethylsilane  and  nitrate salt, as a source of mild chlorinating and brominating reagent.  112      Scheme 4.1 α­Bromoacetophenone Derivatives as Potent PTP Inhibitors    4.2 Results and Discussion    The  chemistry  of  nitryl  chloride  (NO 2 Cl) as a reagent has been extensively  investigated  for  nitration  of  aromatic  and  aliphatic  compounds.  9,10,11,12,13,14,15,16  Nitration  typically  takes  place  by  electrophilic  attack  on  aromatics,  facilitated  by  Lewis acids.    In other studies, nitryl chlorides have been reported to react vigorously  with ammonia  to generate  chloroamine, hydrazine and ammonium  nitrite,  suggesting  that  NO 2 Cl  can  behave  as  a  source  of  positive  chlorine  and  negative  nitrite ions .17,18,19,20,21,22      Scheme 4.2 Generation of NO 2 Cl in situ    113    The  convenience  of  generating  nitryl  and  nitrosyl  chloride  in  situ  using  chlorotrimethylsilane (TMSCl) and nitrate/nitrite salts was first suggested by Lee et  a.l,  for  deoximination  of  aldoximes/ketoximes  in  non‐aqueous  medium. 23,24,25  Our  group  has  previously  reported 26  the  use  of  ammonium  nitrate  and  chlorotrimethylsilane with a catalytic amount of AlCl 3  as a robust nitrating reagent  for  the  electrophilic  nitration  of  aromatic  compounds,  which  prompted  us  to  develop an in situ  nitrating agents  using  TMSCl/nitrate  salts.  Recently,  we  have  achieved  regioselective  nitration  of  arylboronic  acids  using  chlorotrimethylsilane  and  nitrate  salts. 27  Ipso‐substituted  nitro‐aromatic  compounds  were  obtained  in  high yields and purity in most of these reactions (Scheme 4.2).       Scheme 4.3 Ipso­Nitration of Arylboronic Acids with in situ Generated  NO 2 Cl    The  oxidizing  potential  of  the  chlorotrimethylsilane‐nitrate  salt  reagent  system has also been  closely examined since most nitrating agents  have  shown  to  have oxidizing properties. 28  During our studies of ipso‐nitration of arylboronic acids,  we found small amount of nitrochlorination  of  the  arylboronic  acids  taking  place  (Scheme  4.3), 27   indicating  the  possible  generation  of  positive  chlorine  ion  and  the  oxidizing potential of nitro group in the reaction medium.   114    One  of  the  important  oxidation  reactions  in  synthetic  organic  chemistry  is  the  oxidation  of  sulfur  compounds.  Oxidative  chlorination  of  sulfur  compounds  to  sulfonyl  chlorides  serves  as  an  important  step  in  organic  synthesis .29,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40  Oxidation  of  sulfur  compounds  is  usually  achieved with peroxy compounds such as peroxy acids and hydrogen peroxide. We  have previously shown that the direct oxidative chlorination of thiols and disulfides  to the corresponding sulfonyl  chlorides  can  be coveniently carried  out  with  chlorotrimethylsilane‐nitrate  salt  reagent  system  (Scheme  4.4). 41  The major  advantage of this protocol is that in most cases, products obtained need no further  purification.  Simple  removal  of  the  solvent  from  the  reaction  mixture  provides  analytically pure product in most of these cases.      Scheme 4.4 TMSCl­Nitrate Salt System as an Efficient Reagent for Oxidative  Chlorination of Sulfides and Disulfides    During the oxidation of sulfides and sulfoxides, it has been found that the  reaction of substrates with acidic α‐H such as methyl phenyl sulfide and sulfoxide  yielded a mixture with substantial amounts of chlorine substituted products. This is  probably due to the formation of silyl‐enol ether type intermediate (4.3, 4.4) from  115    sulfide and sulfoxide having acidic α‐H (Figure 4.1) which can undergo successive  chlorination to give rise to different chlorination products. We found that dialkyl  sulfides and sulfoxides also gave a mixture of products and their reactions were also  not clean due the competing α‐chlorination.       Figure 4.1 Silyl­enol Ether Type Intermediate from Sulfide and Sulfoxide    This prompted us to screen the activity of the chlorotrimethylsilane‐nitrate  salt system  for  α‐chlorination of  ketones  having α‐H.  We have  considered  acetophenone  and  its  derivatives  as  convenient  substrates.  We  generated  nitryl  chloride by reacting TMSCl with potassium nitrate in dichloromethane.  Generation  of  nitryl  chloride  is  indicated  by  formation  of  brown  gas  in  the  reaction  medium  which results from decomposition of NO 2 Cl to nitrosyl chloride (NOCl), chlorine gas  and  nitric  acid  in  the  presence  of  moisture. 21   Acetophenone  derivatives  are  then  added and the reaction was carried out at 40 °C for several hours, depending on the  substrates.  The  reaction  was  monitored  by  1 H  NMR  spectroscopy  by  taking  small  aliquot from the reaction mixture. The products are purified by filtration to remove  the  insoluble  nitrate  salts,  and  then  subjected  to  silica  gel  flash  chromatography  with hexane. The results are shown in Table 4.1.The chlorination of acetophenone  116    derivatives took place at a relatively slower rate at 40 °C and than at 60 °C, but only  5% dichlorination product was formed. The reaction also took place in the absence  of solvent but preceded at a lower rate, and even after 16hrs, significant amount of  starting material remained unreacted.  Table 4.1 α­Chlorination of Acetophenones with TMSCl­Nitrate System  Ar CH 3 O Ar CH 2 Cl O TMSCl/KNO 3 CH 2 Cl 2 /40 o C 16 16 16 16 16 18 48 43 64 CH 3 O CH 2 Cl O CH 3 O F 3 C CH 3 O Cl CH 3 O H 3 C CH 3 O Cl CH 3 O F CH 3 O CH 3 CH 2 Cl O F 3 C CH 2 Cl O Cl CH 2 Cl O H 3 C CH 2 Cl O Cl CH 2 Cl O CH 3 CH 2 Cl O F Substrate Time (h) Product Yield(%) 63 Cl 42 Cl 73 68 67 * Reactionswerecarriedoutat60 o C,Dichlorinatedproducts7-22% wereobtained   117    A  control  reaction  was  carried  out  where  acetophenone  was  reacted  with  only TMSCl at  40  °C for 24  hours; no  chlorination took place,  indicating  that  chlorination  resulted  from  NO 2 Cl  generated  in  situ  when  TMSCl  was  mixed  with  potassium nitrate salt. ortho‐Substituted  acetophenones  reacted  sluggishly  and  in  some cases the reaction did not go to completion even after subjecting the mixture  to 60  °C for 48  hrs. Substrates  such as  p‐nitroacetophenone,  p‐ hydroxyacetophenone, p‐methoxyacetophenone  yielded  multiple  products,  which  could not be identified.   In  order  to  probe  the  versatility  of  this  reagent  system  for  other  halogens,  bromotrimethylsilane  with  potassium  nitrate  salt  was  reacted  with  acetophenone  derivatives  indicating  α‐bromination  (Table  4.2).  The  generation  of  NO 2 Br  was  much faster and proceeds at room temperature within a couple of hours of vigorous  stirring.  This  reaction  can  be  accelerated  with  heat,  in  which  case  NO 2 Br  formed  within few minutes. The α‐bromination was also achieved relatively clean and the  product was filtered to remove salts and the solvent was evaporated.  118    Table 4.2 α­Bromination of Acetophenones With TMSBr­Nitrate System      Taking into account the results of various studies on trimethylsilyl nitrate 26,42   and nitryl halide, 43,44  there are two plausible mechanisms (Scheme 4.5 and Scheme  4.6). This may involve the initial trimethylsilyl nitrate from trimethylsilyl halide and  metal  nitrate,  followed  by  the  formation  of  nitryl  halide  (from the interaction of  119    trimethylsilyl nitrate and a second molecule of trimethylsilyl halide), is suggested. In  solution,  formation  of  an  equilibrium  involving  trimethylsilyl  nitrate  and  nitryl  halide is possible. Similar to the addition of TMSCN, addition of trimethylsilyl nitrate  on the carbonyl function (4.5) followed by elimination‐addition step involving nitryl  halide  (4.6), where the halogen is acting as a nucleophile, which can provide  the  expected product (Scheme 4.5.). In the alternate mechanism (Scheme  4.6),  during  the  elimination‐addition  step,  halogen  in  the  nitryl  halide  can  also  act  as  an  electrophile,  generating  the  expected  product.  Formation  of  nitrogen  dinitrogen  tetraoxide(N 2 O 4 ) is clearly visible by the brownish yellow color formed during the  reaction.      Scheme 4.5 Plausible Mechanism for α­Halogenation of Acetophenones with  Negative Halide Species      120      Scheme 4.6 Plausible Mechanism for α­Halogenation of Acetophenones with  Positive Halide Species.    4. 3 Conclusions    We  have  reported  a  simple  and  mild  reagent  for  α‐chlorination  and  bromination  of  ketones  with  acidic  α–hydrogens.  α–Bromination  and  chlorination  occurred  with  good  conversion  and  selectivity.  This  new  method  is  very  simple,  mild  and  very  convenient,  using  less  expensive  and  easily  accessible  reagents.  α– Haloacetophenones  with  various  substituents  in  the  phenyl  ring  can  be  prepared  under mild conditions and can be scanned for their therapeutic applications as PTP  inhibitors.      121    4. 4 Experimental     4.4.1 General    Unless otherwise mentioned, all chemicals were purchased from commercial  sources.  Nitrate  salt  was  dried  over  P 2 O 5  over night at 60  o C. TMSCl was distilled  before  use.  1 H,  13 C  and  19 F  NMR  spectra  were  recorded  on  a  Varian  NMR  spectrometer  at  400  MHz.  1 H  NMR  chemical  shifts  were  determined  relative  to  internal  tetramethylsilane  at  δ  0.0.  13 C  NMR  chemical  shifts  were  determined  relative to internal tetramethylsilane at δ 0.0 or to the  13 C signal of CDCl 3  at δ 77.0.  19 F NMR chemical shifts were determined relative to internal CFCl 3  at δ 0.0. GCMS  data were obtained from Thermo‐Finnigan DSQ GC‐mass spectrometer.     4.4.2 General Procedure for the Halogenation Reaction    In a Nalgene ®  bottle, to acetophenone (2 mmol) in dichloromethane (10 mL),  nitrate  salt (4  mmol) and TMSX  (X=  Cl,  Br)  (8 mmol) were  added. The  heterogeneous mixture was stirred vigorously at 40 °C until the  reaction  went  to  completion.  The  reaction mixture was then  filtered and solvent  removed  under  reduced  pressure.  The  chlorinated  acetophenone  derivatives  were obtained upon  purification using silica gel flash  chromatography  with  hexane. The products are  well  known  and  were  characterized  by  comparing  their  spectroscopic  data  with  those of the authentic samples.       122    4.5 Chapter 4 References                                                                1.Thomas, Medicinal chemistry: An Introduction, Wiley, New York. 2000    2. Kimpe ,N. D.; Verhé, R. The Chemistry of α‐Haloketones, α‐Haloadehydes, and α‐ Haloimines. Wiley, New York, 1999    3. Arabaci, G.; Yi, T.; Fu, H.; Porter, M. E.; Beebe, K. D.; Pei, D. Bioorg. Med. Chem. Lett.,  2002, 12, 3047.    4. Price, C. C.; Sears, C. A., J. Am. Chem. Soc., 1953, 75, 3276‐7.    5. Olah, G. A.; Wang, Q.; Orlinkov, A.; Ramaiah, P., J. Org. Chem., 1993,  58,  5017    6 .Mueller, E.; Padeken, H. G. Chemische Berichte, 1966,  99, 2971‐5.    7. Bachman, G. B.; Hokama, T. J. Org. Chem., 1960, 25, 178.    8. Schlubach, H. H.; Braun, A.,  Justus Liebigs Annalen der Chemie, 1959, 627, 28     9. Price, C. C.; Sears, C. A., J. Am. Chem. Soc., 1953, 75, 3276    10. Goddard, D. R. .  J. Chem. Soc., 1958, 1955.    11. Mueller, E.; Padeken, H. G. Chemische Berichte, 1966,  99,  2971.    12. Bachman, G. B.; Hokama, T. J. Org. Chem. 1960, 25, 178    13. Schlubach, H. H.; Braun, A.,  Justus Liebigs Annalen der Chemie 1959, 627, 28    14. Kaplan, Ralph B.; Schechter, Harold. Inorganic Syntheses McGraw‐Hill Book Co.,  New York, 1953, 53.      15. Kaplan, R. B.; Schechter, H. Inorganic Syntheses McGraw‐Hill Book Co., New York,  1953, 53.    16. Goddard, D. R.; Hughes, E. D.; Ingold, C. K. J. Chem. Soc., 1950, 2559.    17. Batey, H. H.; Sisler, H. H. J. Am. Chem. Soc., 1952, 74, 3408.    18. Goddard, D. R. J. Chem. Soc., 1958, 1955.     123                                                                                                                                                                                       19.Collis, M. J.; Goddard, D. R. J. Chem. Soc., 1958, 1952.    20. Gintz, F. P.; Goddard, D. R.; Collis, M. J. J. Chem. Soc, 1958, 445.    21. Collis, M. J.; Gintz, F. P.; Goddard, D. R.; Hebdon, E. A.; Minkoff, G. J. J. Chem. Soc.,  1958, 438    22. Collis, M. J.; Gintz, F. P.; Goddard, D. R.; Hebdon, E. A. Chemistry & Industry, 1955,  1742.    23.Lee, J. G.; Kwak, K. H.; Hwang, J. P. Tetrahedron Lett., 1990, 31, 6677.    24 Lee, J. G.; Cha, H. T. Tetrahedron Lett., 1992, 33, 3167.    25 Prakash, G. K. S.; Thomas; Panja, C.; Olah, G. A. J. Org. Chem., 2007, 72, 5847.    26.Olah, G. A.; Ramaiah, P.; Sandford, G.; Orlinkov, A.; Prakash, G. K. Synthesis. 1994,  468.    27. Prakash, G. K. S.; Panja, C.; Mathew, T. Surampudi, V.; Olah, G. A. Org. Lett., 2004,  6, 2205.    28. Vankar, P. S.; Reddy, M. V. R.; Vankar, Y. D. Org. Prep. Proc. Int., 1998, 30, 373 and  references therein.     29. Monnee, M. C.; Marijne, M. F.; Brouwer, A. J.; Liskamp, R. M. Tetrahedron Lett.,  2000, 41, 7991.    30. Piatek, A.; Chapuis, C.; Jurczak, J. Helv. Chim. Acta., 2002, 85, 1973.    31. Humljan, J.; Gobec, S. Tetrahedron Lett., 2005,46,4069.    32. Kværnø, L.; Werder, M.; Hauser, H.; Carreira, E. M. Org. Lett., 2005, 7, 1145.    33. Meinzer, A.; Breckel, A.; Thaher, B. A.; Manicone, N.; Otto, H.‐H. Helv. Chim. Acta.,  2004,87, 90.    34. Park, Y. J.; Shin, H. H.; Kim, Y. H.; Chem. Lett., 1992, 1483.    35 Schindler, W. Helv. Chim. Acta 1957, 40, 2148.    124                                                                                                                                                                                       36. Sandler, S. R.; Karo, W. In Organic Functional group Preparations, Vol. I;  Academic Press: New York, 1983; 630.    37 Langler, R. F. Can. J. Chem., 1976, 54, 498.    38. Grossert, J. S.; Langler, R. F. Can. J. Chem., 1977, 55, 407.    39. Langler, R. F.; Marini, Z. A.; Spalding, E. S. Can. J. Chem., 1979, 57, 3193.    40. Douglass, I. B. J. Org. Chem., 1974, 39, 563.    41. Prakash, G. K. S.; Mathew, T.; Panja, C.; Olah, G. A. J. Org. Chem., 2007, 72, 5847.    42. Schmidt, M.; Schmidbauer, H. Angew. Chem. 1959, 71, 220    43. Boughriet, A.; Coumare, A.; Fischer, J. C.; Wartel, M. Int. J. Chem. Kinet., 1998, 20,  775.    44. Ray, J. D.; Ogg, R. A. J. Chem. Phys., 1959, 31, 168    125    Bibliography  1. Adams, J. M.; Ramdas, V. Acta Crystallogr., Sect. B: Struct. Sci., 1976, 32, 3224.  2. Akiyama,T.; Sanada, M.; Fuchibe, K. Synlett., 2003, 1463.  3.  Allen,  M.  C.;  Fuhrer,  W.;  Tuck,  B.;  Wade,  R.;  Wood,  J.  M. J. Med. Chem., 1989, 32,  1652.  4. Alonso,E.; Solis, A.; del Pozo C., Synlett, 2000, 698.  5. Arabaci, G.; Yi, T.; Fu, H.; Porter, M. E.; Beebe, K. D.; Pei, D. Bioorg. Med. Chem. Lett.,  2002, 12, 3047.  6. Arbuzov, R. A. Pure Appl. Chem., 1964, 9, 307.  7.  Arndt,  J.  W.,  Gong,  W.,  Zhong,  X.,  Showalter,  A.  K.,  Liu,  J.,Dunlap,  C.  A.,  Lin,  Z.,  Paxson, C., Tsai, M. D., and Chan, M. K., Biochemistry, 2001, 40, 5368.  8. Azizi , N.; Saidi, M.R. Eur. J. Org. Chem., 2003, 4630.  9. Bachman, G. B.; Hokama, T. J. Org. Chem., 1960, 25, 178  10. Bachman, G. B.; Hokama, T. J. Org. Chem., 1960, 25, 178.  11. Barabas, O.; Pongracz, V.; Kovari, J.; Wilmanns, M.; Vertessy, B. G. J. Biol. Chem.,  2004, 279, 42907.  12. Batey, H. H.; Sisler, H. H. , J. Am. Chem. Soc., 1952, 74, 3408.  13. Batra, V. K.; Beard, W. A.; Shock, D. D.; Krahn, J. M.; Pedersen, L.C.; Wilson, S. H.  Structure, 2006, 14, 757.  14. Baumgartner, T.; Rau, R. Chem. Rev., 2006, 106 , 4681.  15. Beard, W. A., and Wilson, S. H. Chem. Rev., 2006, 106, 361‐382.  16. Bégue, J‐P.; Bonnet‐Deplon, D. J. Fluor. Chem., 2006, 127, 992.  17.  Bergstrom,  D.  E.;  Zhang,  P.;  Toma,  P.H.;  Andrews,  C.A.;  Nichols,  R. J. Am. Chem.  Soc., 1995 117, 1201.  126    18. Berkowitz, D. B.; Bose, M. J. Fluor. Chem., 2001, 112, 13.  19. Bhagat, S.; Chakraborty, A.K.  J. Org. Chem., 2007, 72, 1263.  20. Bhattacharya, A.K.; Thyagarajan G, Chem. Rev., 1981, 81, 415.  21.  Bijvoet,  O.  L.  M.;  Fleisch,  H.  A.;  Canfield,  R.  E.;  Russell,  R.  G.  G.,  Eds.,  Bisphosphonates on Bones, Elsevier, Amsterdam, 1995  22.  Blackburn,  G.M.;  Eckstein,  F.;  Kent,  D.E.;  Perree,  T.  D. Nucleoside, Nucleotide  Nuclic Acids, 1985, 4, 165.  23. Blomen, L. J. M. J. Bisphosphonates on Bones, 1995, 111.  24. Borek, C. PhD. Thesis, University of Southern California, 2008.  25. Boughriet, A.; Coumare, A.; Fischer, J. C.; Wartel, M. Int. J. Chem. Kinet., 1998, 20,  775.  26. Boyle, N. A.; Fagan, P.; Brooks, J. L.; Prhavc, M.; Lambert, J.; Cook, P. D. Nucleoside,  Nucleotide Nuclic Acids, 2005, 24, 1651.  27. Budnikova,Y. H.;  Perichon, J.; Yakhvarov, D. G.; Kargin, Y. M.; Sinyashin, O. G. J.  Organomet. Chem., 2001, 630, 185.  28. Budnikova,Y. H.;  Yakhvarov, D. G.; Kargin, Y. M. Mendeleev Commun., 1997, 67– 68  29. Budnikova,Y. H.; Yakhvarov, D. G.; Sinyashin, O. G. J. Organomet. Chem., 2005,690,  2416.  30. Burton, D. J.; Pietrzyk, D. J.; Ishihara, T.; Fonong, T.; Flynn, R. M. J. Fluor. Chem.,  1982, 20, 617.  31. Burton, D. J.; Flynn, R. M. J. Fluor. Chem., 1980, 15, 263.  32. Cadogan, J.L.G.; Editor Organophosphorus Reagents in Organic Synthesis, 1979.  33. Chandrasekhar,S.; Prakash, S.J.; Jagadeshwar V.; a Narsihmulu,  Ch. Tetrahedron  Lett., 2001, 42, 5561.  127    34. Cherkasov, R. A.; Galkin, V. I. Russian Chem. Rev., 1998, 67, 882.  35. Collis, M. J.; Gintz, F. P.; Goddard, D. R.; Hebdon, E. A. Chemistry & Industry, 1955,  1742.  36. Collis, M. J.; Gintz, F. P.; Goddard, D. R.; Hebdon, E. A.; Minkoff, G. J. J. Chem. Soc.,  1958, 438  37. Collis, M. J.; Goddard, D. R. J. Chem. Soc., 1958, 1952  38.  Crans,  D.  C.;  Holder,  A.  A.;  Saha,  T.  K.;  Prakash,G.  K.  S.;  Yousufuddin,  M.;  Kultyshev, R.; Ismail, R.; Goodman, M. F.; Borden, J.; Florian, J. Inorg. Chem., 2007, 46,  6723.  39. Danila, C. D.; Wang, X.; Hubble, H.; Antipin, I. S.; Pinkhassik, E.  Bioorg. Med. Chem.  Lett., 2008, 18, 2320.  40. Deng, X‐M.; Sun, X‐L.; Tang, Y. J. Org. Chem., 2005, 70, 6537.  41. Denmark, S. E.; Stavenger, R. A. Acc. Chem. Res., 2000, 33 432  42. Dillon K. B.; Mathey, F.; Nixon J.F. Phosphorus: The Carbon Copy;  John  Wiley  &  Sons, Inc.: New York, 1998.  43. Douglass, I. B. J. Org. Chem., 1974, 39, 563.  44. Doye, S. Synlett., 2004, 1653.  45.  Eberhardt,  L.;  Armspach,  D.;  Harrowfield,  J.  Matt,  D., Chem. Soc. Rev., 2008, 37,  839.  46. Emsle, J.; Hall, E. D. The Chemistry of Phosphorus; Harper and Row:London, 1976.  47. Engel, R. Chem Rev., 1977, 77, 349  48.  Engel,  R. Handbook of Organophosphorus Chemistry;  Marcel  Dekker,  Inc.:  New  York, 1992.  49. Eubanks L. M.; Dickerson, T. J.; Janda, K. D., Chem. Soc. Rev., 2007, 36, 458.  128    50.  F.  R.  Hartley,  ed., The Chemistry of Organophosphorus Compounds,  Vol.  2.  John  Wiley & Sons, Inc., New York, 1990  51. Fields, E. K. J. Am. Chem. Soc., 1952, 74 (6), 1528.  52. Fleisch, H. A. Drugs, 1991, 42, 919.   53. Floria´n, J., Goodman, M. F., and Warshel, A., J. Am. Chem. Soc., 2003 125, 8163‐  54. Fritzsche, H.; Hasserodt. U; Koerw. F., Chem. Ber., 1964, 97, 1988.  56. Giannousis, P. P.; Bartlett, P. A. J. Med. Chem., 1987, 30, 1603.  57. Gintz, F. P.; Goddard, D. R.; Collis, M. J. J. Chem. Soc, 1958, 445.  58. Goddard, D. R. . J. Chem. Soc., 1958, 1955.  59. Goddard, D. R. J. Chem. Soc., 1958, 1955‐7  60. Goddard, D. R.; Hughes, E. D.; Ingold, C. K. J. Chem. Soc., 1950, 2559.  61. Gosh, R.; Maiti, S.; Chakraborty A.; Maiti, D.K. J. Mol. Catal. A. Chem., 2004, 210,  53.  62. Graham, A. E.; Thomas,  A. V.; Yang, R. J. Org. Chem., 2000, 65, 2583.  63. Gresser, M. J.; Tracey, A. S.; Parkinson, K. M. J. Am. Chem. Soc., 1986, 108, 6229.  64. Griffin, S.; Heath, L.; Wyatt, P., Tetrahedron Lett., 1998, 39, 4405.  65. Grossert, J. S.; Langler, R. F. Can. J. Chem., 1977, 55, 407.  66. Harmmerschmidt, F.; Kachlig. H. J. Org. Chem., 1991, 56, 2364.  67. Hartley, F. R. The Chemistry of Organophosphorus  Compounds; John Wiley &  Sons, Inc.: New York, 1990; Vol 2.   68. Hendlin, D. Science, 1969,166, 122  69. Heydari, A.; Arefi, A. Catal. Commun., 2007, 8, 1023.  70. Heydari, A.; Karimian A.; Ipaktschi, J. Tetrahedron Lett., 1998, 39, 6729.  129    71.  Hilderbrand,  R.L. The Role of Phosphonates in Living Systems;  CRC  Press:  Boca  Raton. 1983.   72. Hirschmann, E.R.; Smith III ,A. B.; Taylor, C. M.; Benkovic, P. A.; Taylor, S. D.;  Yager, K. M.; Sprengler, P. A.; Benkovics, S. J. Science, 1994, 265, 234.  73. Ho, David G.; Gao, R.; Celaje, J.; Chung, H.; Selke, M., Science, 2003, 302, 259.  74. Hoagland, R. E. Naturally Occurring Carbon­Phosphorus Compounds as Herbicides.  ACS Sym. Ser., 1988, 380, 182.  75. Hori, T.; Horiguchi, M., Hayashi, A. Biochemistry of Natural C­P Compounds; Japan  Association  for  Research  on  the  Biochemistry  of  C‐P  Compounds;  Maruzen,  Japan,  1984.  76. Hudson, R.F.  Structure  and  Mechanism  in  Organo­Phosphorus  Chemistry;  Academic Press : New York, 1965.  77. Hughes, D. L. Org. Prep. Proced. Int., 1996, 28, 127.  78. Hughes, D. L. Org. React.,1992, 42, 335.  79. Humljan, J.; Gobec, S. Tetrahedron Lett., 2005,46,4069.  80. Jang, D. O. Tetrahedron Lett., 1996, 37, 5367.  81. Johndon, S. E. Ylides and Imines of Phosphorus; John Wiley & Sons, Inc.: New York,  1993.  82. Johnson, J. W.; Johnston, D. C.; King, H. E.; Halbert, T. R.; Brody,J. F. Inorg. Chem.,  1988, 27, 1646.  83. Kaboudin, B.; Rahmani, A. Synthesis, 2003, 2705.  84. Kagan, H. B.; Sasaki, M F. R , Hartely, ed. The Chemistry of Organophosphorus  Compounds, Vol. 1. John Wiley & Sons, Inc., New York, 1990, Chapter 3.  85. Kaplan, Ralph B.; Schechter, Harold. Inorganic Syntheses McGraw‐Hill Book Co.,  New York, 1953, 53.    86. Kim, T. W.; Delaney, J. C.; Essigmann, J. M; Kool, E. T. PNAS, 2005, 102, 15803.  130    87. Kimpe ,N. D.; Verhé, R. The Chemistry of α­Haloketones, α­Haloadehydes, and α­ Haloimines. Wiley, New York, 1999  88. Kirby,  A. J.; Warren, S.  G.  The  Organic  Chemistry  of  Phosphorus;  Elsevier:  Amsterdam, 1967.  89. Klepacz, A.; Zwierzak,  A. Tetrahedron Lett., 2002, 43, 1079.  90. Knowles, W. S.;  Sabacky, M. J. Chem. Commun., 1968, 1445  91. Kukhar, V.  P.;  Solodenko, N.  M.;  Solodenko, V.  A.  Biological  activity  of  the  phosphorus analogs of amino­acids. Biokhim. Zh., 1988, 60, 95.  92. Kværnø, L.; Werder, M.; Hauser, H.; Carreira, E. M. Org. Lett., 2005, 7, 1145.  93. Lacey,  J. R.; Anzalone, P.  W.;  Duncan,  C. M.; Hackert,  M. J.;  Mohan,  R.  S.  Tetrahedron Lett., 2005, 46, 8507.  94. Langler, R. F. Can. J. Chem., 1976, 54, 498.  95. Langler, R. F.; Marini, Z. A.; Spalding, E. S. Can. J. Chem., 1979, 57, 3193.  96. Lartey, P. A.; Nellans, N. H.; Faghih, R.; Petersen, A.; Edwards, C. M.; Freiberg, L.;  Quigley, S.; Marsh, K.; Klein, L. L.; Plattner, J. J. J. Med. Chem., 1995, 38, 1793.  97. Laschat S.; Kunz, H. Synthesis, 1992, 90  98. Lawerense, N. J.; Muhammad, F., Tetrahedron, 1998, 54, 15361.  99. Leca, D.; Fensterbank, L.; Lacôte, E.; Malacria, M. Chem. Soc. Rev., 2005, 34, 858– 865.  100. Lee, J. G.; Cha, H. T. Tetrahedron Lett., 1992, 33, 3167.  101. Lee, J. G.; Kwak, K. H.; Hwang, J. P. Tetrahedron Lett., 1990, 31, 6677.  102. Lee, S.; Park, J.H.; Kang, J.; Lee, J.K.  J. Chem. Soc., Chem. Commun., 2001, 1698.  103. Lejczak, B.; Kafarski, P.; Sztajer, H.; Mastalerz, P. J. Med. Chem. 1986, 29, 2212.  104. Li, R.; Muscate, A.; Kenyon, G. L. Bioorg. Chem., 1996, 24, 251.  131    105.  Locombe,  S.;  Gonbeau,  D.;  Cabioch,  J.‐l;  Pellerin,  B.;  Denis,  J.‐M.;  Pfister‐ Guillouzo, G. J. Am. Chem. Soc., 1988, 110, 6964.  106. Logusch, E. W.; Walker, D. M.; McDonald, J. F.; Leo, G. C.; Grang, J. E. J. Org. Chem.,  1988, 53, 4069.  107. Ma, Q. F.; Kenyon, G. L.; Markham, G. D. Biochemistry, 1990, 29,1412.  108. Maciá,  E. Chem. Soc. Rev., 2005, 34, 691.  109. Manabe, K.; Kobayashi,S. J. Chem. Soc., Chem. Commun., (2000), p. 669.  110. Manjula, A.; Rao, V.; Neelakanthan,  P. Synth. Commun., 2003, 33, 2963.  111. Mathey, F., Angew. Chem. Int. Ed., 2003, 42, 1578.  112. Matveeva E.D.; Zefirov, N.S. Russ. J. Org. Chem., 2006, 42, 1237.  113.  McEwen,  W.E.;  Berlin,  K.  D.,  eds Organophosphorus Stereochemistry;  Halsted  Press: New York, 1975.  114. McKenna, C. and Shen, P. J. Org. Chem., 1981, 46, 4573.  115.  McKenna,  C.  E.;  Kashemirov,  B.  A.;  Upton,  T.  G.;  Batra,  V.  K.;  Goodman  M.  F.;  Beard, W. A.;  Pedersen, L. C.; Wilson, S. H., J. Am. Chem. Soc.,. 2007, 129, 15412.  116. Meinzer, A.; Breckel, A.; Thaher, B. A.; Manicone, N.; Otto, H.‐H. Helv. Chim. Acta,  2004, 87, 90.  117. Michaelis, A.; Kaehne, R.;Ber.  Dtsh. Chem. Ges., 1898, 31, 1048.  118. Mitsunobu, O. Synthesis, 1981, 1.  119. Miyashita, A.; Yasuda,A.; Takaya, H.; Toriumi, K.; Ito, T.; Souchi, T.; Noyori, R.  J.  Am. Chem. Soc., 1980, 102, 7932.  120. Moffatt, J. G.; Khorana, H. G. J. Am. Chem. Soc., 1959, 81, 1265.  121. Moffatt, J. G.; Khorana, H. G. J. Am. Chem. Soc., 1961, 83, 649.  132    122. Monnee, M. C.; Marijne, M. F.; Brouwer, A. J.; Liskamp, R. M. Tetrahedron Lett.,  2000, 41, 7991.  123. Mueller, E.; Padeken, H. G. Chemische Berichte, 1966, 99, 2971.  124. Mueller, E.; Padeken, H. G. Chemische Berichte, 1966, 99, 2971‐5.  125. Nyulaszi,  L.; VeszprTmi, T.; RTffy J. J. Phys. Chem., 1993, 97,4011.  126. Ojima, L. Catalytic Assymetric  Synthesis; 2nd ed.; John Wiley & Son, Inc.: New  York, 2000  127. Olah, G. A.; Farooq, O.; Cheng, L. X.; Farnia, M. A. F.; Aklonis, J. J. J. Appl. Polym.,  Sci. 1992, 45, 1355.  128. Olah, G. A.; Farooq, O.; Farnia, S. M. F.; Olah, J. A. J. Am. Chem. Soc., 1998, 110,  2560.  129.  Olah,  G.  A.;  Ramaiah,  P.;  Sandford,  G.;  Orlinkov,  A.;  Prakash,  G.  K. Synthesis,  1994, 468.  130. Olah, G. A.; Wang, Q.; Orlinkov, A.; Ramaiah, P., J. Org. Chem., 1993, 58, 5017  131. Omura, S.; Tsuzuki, K.; Sunazuka, T.; Marui, S.; Toyoda, H.;Inatomi, N.; Itoh, Z. J.  Med. Chem. 1987, 30, 1941  132. Organic Synthesis, Coll. Vol. 1993. III. 57  133.  Organophosphorus  chemistry  Goldwhite,  H.  Introduction  to  Phosphorus  Chemistry; CambridgeUniversity Press: Cambridge, U.K., 1981.  134. Park, Y. J.; Shin, H. H.; Kim, Y. H.; Chem. Lett.,1992,1483  135. Pelletier, H., Sawaya, M. R., Kumar, A., Wilson, S. H., and Kraut,J., Science, 1994  264, 1891.  136. Peruzzini, M,; Gonsalvi, L; Romerosa, A. Chem. Soc. Rev., 2005, 34, 1038–1047.  137. Piatek, A.; Chapuis, C.; Jurczak, J. Helv. Chim. Acta, 2002, 85, 1973.  133    138. Prakash, G. K. S.; Mathew T.; Panja. C.; Alconcel, S.; Vaghoo.H.; Do, C. Proc. Natl.  Acad. Sci. USA, 2007, 104, 3703   139. Prakash, G. K. S.; Mathew, T.; Panja, C.; Olah, G. A. J. Org. Chem., 2007, 72, 5847.  140. Prakash, G. K. S.; Panja, C.; Mathew, T. Surampudi, V.; Olah, G. A. Org. Lett., 2004,  6, 2205.  141. Prakash, G. K. S.; Thomas; Panja, C.; Olah, G. A. J. Org. Chem., 2007, 72, 5847.  142. Prakash, G. K. S.; Yan, P.; Török, B.; Busci, I.; Tanaka, M.; Olah, G. A. Catal. Lett.,  2003, 85, 1.  143. Prakash, G. K. S.; Yan, P.; Torok, B.; Olah, G. A. Catal. Lett., 2003, 87, 109.  144.  Prakash,  G.K.S.;  Chacko,  S;  Alconcel,  S.;  Stewart,T.;  Mathew,  T.G.;  Olah,  G.A.   Angew. Chem. Int. Ed., 2007, 46, 4933.  145. Price, C. C.; Sears, C. A., J. Am. Chem. Soc., 1953, 75, 3276.  146.  Quin,  L.  D. A Guide to Organophosphorus Chemistry;  Wiley‐Interscience:  New  York, 2000.   147. Ray, J. D.; Ogg, R. A. J. Chem. Phys., 1959, 31, 168  148.  Reddy,  Y.T.;  Reddy,  P.N.;  Kumar,  B.S.;  Rajput,  P.;  Sreenivasulu,  N.;  Rajitha,  Phosphorous, Sulphur, Silicon Relat. Elem., 2007, 182, 161.  149. Regitz, M.; Scherer, O.J., eds Multiple Bonds and Low Coordination in Phosphorus  Chemistry; Georg Thieme Verlag; Stuttgart, Germany, 1990.  150. Rizk, S. S.; Cuneo, M. J.; Hellinga, H. W. Protein Sci., 2006, 15, 1745.  151. Romerosa, A.; Manãs S.; Richter, C. Spanish Patent,P200201731 A1 2209628 B2  2209628.  152. Saady, M.; Lebeau, L.; Mioskowski, C.  Helvetica Chimica. Acta., 1995, 78, 670.  153.  Sandler,  S.  R.;  Karo,  W.  In  Organic  Functional  group  Preparations,  Vol.  I;  Academic Press: New York, 1983; p 630.  134    154. Sawaya, M. R., Pelletier, H., Kumar, A., Wilson, S. H., and Kraut,J. Science, 1994  264, 1930.  155. Sawaya, M. R., Prasad, P., Wilson, S. H., Kraut, J., and Pelletier, H. Biochemistry,  1997, 36, 11205.  156. Schindler, W. Helv. Chim. Acta, 1957, 40, 2148.  157.  Schlemminger,  I.;  Willecke,  A.;  Maison,  W.;  Koch,  R.;  Lutzen,    A.;  Martens,  J. J.  Chem. Soc., Perkin Trans., 2001, 1, 2804.  158. Schleyer, P. von R. ; Kost,  D.  J. Am. Chem. Soc., 1988, 110, 2105.  159. Schlubach, H. H.; Braun, A., Justus Liebigs Annalen der Chemie, 1959, 627, 28.  160. Schmidt,  M.W.; Truong, P. N.; Gordon M. S. J. Am. Chem. Soc., 1987, 109, 5217.  161. Schmidt, M.; Schmidbauer, H. Angew. Chem., 1959, 71, 220  162. Schoeller,W. W., Chem. Commun. 1985, 334.  163. Shipitshin, A. V.; Victorova, L. S.; Shirokova, E. A.; Dyatkina, N.B.; Goryunova, L.  E.; Beabealashvilli, R. S.; Hamilton, C. J.; Robetrs, S. M.; Krayevsky,  A. J. Chem. Soc.,  Perkin Trans., 1999, 1039.  164.  Simoni,  D.;  Invidiata,  F.P.;  Manferdini,  M.;  Lampronti,  I.;  Rondanin,R.;  Roberti,  M.; Pollini, G.P. Tetrahedron Lett., 1998, 39, 7615.  165. Singh, B. K.; Walker, A. FEMS Microbiol. Rev., 2006,  30, 428.  166. Soti, C.; Vermes, A.; Haystead Timothy, A. J.; Csermely, P. Eur. J. Biochem., 2003,  270, 2421.  167. Souhassou, M.; Lecomte, C.; Blessing, R. H. Acta Crystallogr., Sect.B: Struct. Sci.,  1992, B48, 370.  168. Stefan, C.; Jansen, S.; Bollen, M. Purinergic Signalling, 2006, 2, 361.  169. Steitz, T. Nature, 1998, 391, 231–232  135    170. Sucato, C. A.; Upton, T. G.; Kashemirov, B. A.; Batra, V. K.; Martínek V.; Xiang, Y.;  Beard, W. A.;  Pedersen, L. C.; Wilson, S. H.; McKenna, C. E.; Florián, J.; Warshel, A.;  Goodman M. F. , Biochemistry, 2007, 46, 461‐471.  171. Sucato, C. A.; Upton, T. G.; Kashemirov, B. A.; Osuna, J.; Oertell, K.; Beard, W. A.;  Wilson,  S.  H.;  Florián,  J.;  Warshel,  A.;  McKenna,  C.  E.;  Goodman  M.  F. Biochemistry,  2008, 47, 870.  172. Sumiyoshi, T.; Schnabel,W.; Henne, A.; Lechtken,P. Polymer, 1985, 26, 141  173.  Teulade,  M.  P.;  Savignac,  P.;  Aboujaoude,  E.  E.;  Collignon,  N. J. Organometallic  Chem., 1986, 312, 283.  174. Thomas, Medicinal chemistry: An Introduction, Wiley, New York. 2000  175.  Toy,  A.  D.  F.;  Walsh,  E.  N. Phosphorus Chemistry in Everyday Living;  2nd  ed.;  American Chemical Society: Washington D.C., 1987.   176. Vankar, P. S.; Reddy, M. V. R.; Vankar, Y. D. Org. Prep. Proc. Int., 1998, 30, 373  and references therein.  177. Vineyard, B. D.; Knowles,W. S.; Sabacky, M. J.; Bachmanand, G. L.; Weinkauff, D.  J., J. Am. Chem. Soc., 1977, 99, 5946.  178. Waluk, J.; Klein, H.‐P.; Ashe III, A. J.; Michl, J. Organometallics 1989, 8, 2804.  179. Wilson, S. H. Mutat. Res., 1998, 407, 203.  180.  Yadav,  J.S.;  Reddy,  B.V.S.;  Raj,  K.S.;  Reddy  B.;  Prasad,  A.R. Synthesis, 2001,  p.  2277.  181. Yager, K.M.; Taylor, C.M.; and A.B. Smith, J. Am. Chem. Soc., 1994, 116, 9377.  182. Yan, P. PhD. Thesis, University of Southern California, 2004.  183. Yan, P.; Batamack, P.; Prakash, G. K. S.; Olah, G. A. Catal. Lett., 2005, 101,  184. Yan, P.; Batamack, P.; Prakash, G. K. S.; Olah, G. A. Catal. Lett., 2005, 103,  185. Zablocka, M.; Delest, B.; Igau, A. Skowronska, A.; Majoral, J‐P., Tetrahedron Lett.,  1997, 38, 5667.  136    186. Zibinsky, M. Ph.D Thesis University of Southern California 2009. 
Asset Metadata
Creator Ismail, Rehana (author) 
Core Title Bisphosphonates for modified nucleotide synthesis and related chemistry 
Contributor Electronically uploaded by the author (provenance) 
School College of Letters, Arts and Sciences 
Degree Doctor of Philosophy 
Degree Program Chemistry 
Publication Date 07/29/2009 
Defense Date 06/24/2009 
Publisher University of Southern California (original), University of Southern California. Libraries (digital) 
Tag bisphosphonates,modified nucleotides,OAI-PMH Harvest,phosphorus 
Language English
Advisor Prakash, G.K. Surya (committee chair), Olah, George A. (committee member), Rasul, Golam (committee member), Shing, Katherine S. (committee member) 
Creator Email reha.ismail@gmail.com,rismail@usc.edu 
Permanent Link (DOI) https://doi.org/10.25549/usctheses-m2413 
Unique identifier UC1146775 
Identifier etd-Ismail-3150 (filename),usctheses-m40 (legacy collection record id),usctheses-c127-564078 (legacy record id),usctheses-m2413 (legacy record id) 
Legacy Identifier etd-Ismail-3150.pdf 
Dmrecord 564078 
Document Type Dissertation 
Rights Ismail, Rehana 
Type texts
Source University of Southern California (contributing entity), University of Southern California Dissertations and Theses (collection) 
Repository Name Libraries, University of Southern California
Repository Location Los Angeles, California
Repository Email uscdl@usc.edu
Abstract (if available)
Abstract This dissertation explores the field of organophosphorus chemistry. Phosphorus plays a major role in medicinal and natural product chemistry, which is the inspiration for the majority of the work presented in this dissertation. 
Tags
bisphosphonates
modified nucleotides
phosphorus
Linked assets
University of Southern California Dissertations and Theses
doctype icon
University of Southern California Dissertations and Theses 
Action button